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Verfahren und Vorrichtllng zum Steuern von Gewindebearbeitungsvorgängen
bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Di e Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Gewindebearbeitungsvorgängen bei
numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, die einen von der Hauptspindel angetriebenen
Impulsgeber enthalten, der pro Umdrehung der Hauptspindel eine konstante Anzahl
von Impulsen abgibt.
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Zum Gewi.ndeschneiden ist es erforderlich , den Werkzeugvor schub
mit der Spindeldrehzahl zu synchronisieren. Bei jeder Umdrehung des Werkstiicks
wird damit das Werkzeug um eine bestimmte Entfernung bewegt, die sich nach der gewi.inschten
Steigung des Gewindes richtet.
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Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, die fiir die Spindel
und den Vorschub des Werkzeugs tmabhängige Antriebe enthalten, ist es bekannt, einen
von der Spindel angetrie benen Impulsgeber vorzusehen, dessen Impulse zur Steuerung
des Vorschubantriebs dienen (DT-PS 15 63 766). Die Impulse
können
beispielsweise einem Interpolator der numerische Steuerung zugcfii!irt werden, der
einen lagegeregelten Antrieb fiir die Vorschubbewegung speist.
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Zu Beginn eines Gewindeschneidearbeitsgangs vergeht eine bestimmte
Zeit bis die Synchronisation zwischen der Spindeldrehzahl und der Vorschubbewegung
des Werkzeugs erzielt ist, da z.B. die aus dem Stillstand anlaufenden Antriebe erst
bis zur notwendigen Drehzahl hochlaufen müssen. Während des EIochlaufs der Antriebe
fiir das Werkzeug wird dieses um eine gewisse Strecke längs des Werl-ctncks bewegt.
Auf dieser Strecke wird infolge der Zunahmr der Vorschubgeschwindigkeit nicht das
erwünschte Gewinde erzeugt. Diese Strecke, die durch Einschwingvorgänge der Antriebe
eine beträchtliche Länge erreichen kann, steht für die einwandfreie Bearbeitung
des Werkstiicks nicht zur Verfügung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs erwähnten Gattung so weiterzuentwickeln, daß eine möglichst kleine
Anlaufstrecke des Werkzeugs bis zum Beginn des exakten Gewindeschneidens erreicht
wird, das Gewinde anschließend mit großer Genauigkeit geschnitten werden kann und
die Auslaufstrecke ebenfalls möglichst kurz ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Frequenz,
die in einem festen Verhältnis zu der vom Impulsgeber erzeugten Impulsfrequenz steht,
als Sollwert einem Regelkreis zur Zwangssynchronisierung eines spannungsabgestimmten
Oszillators auf eine Eingangsfrequenz zugeführt wird, dessen Integrationszeit den
dynamischen Eigenschaften nachgeschalteter Antriebe im Sinne einer möglichst kurzen
Hochlaufzeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Geschwindigkeitswerts bzw. möglichst
kurzen Bremszeit anpaßbar ist, daß beim ersten Schnitt die Impulse der Eingangsimpulsfolge
bis zum Eintritt der Synchronisation gezählt und für die
folgenden
Schnitte als Sollwert für den Beginn des exakten Gewindeschneidens verwendet werden
und daß dem Regelkreis vom Zeitpunkt der Synchronisation an eine weitere Regelung
überlagert wird, mit der die Anzahl der Impulse der Eingangsimpulsfolge durch entsprechenden
Eingriff in den Regelkreis in Ubereinstimmung mit der Anzahl der Impulse am Ausgang
des Regelkreises gebracht wird, die entsprechend der Art des zu schneidenden Gewindes
auf die für die einzelnen Achsen vorgesehenen Antriebe verteilt werden. Die Antriebe
können bei diesem Verfahren mit maximalem Moment anlaufen.
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Das Moment wird lediglich durch die zulässigen Motorströme bzw.
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durch Sättigungserscheinungen in den die Höhe der Motorströme beeinflussenden
Steuerkreisen begrenzt. Das Werkzeug wird daher sehr stark beschleunigt. Durch den
Anstieg der Frequenz am Ausgang des Regelkreises zur Zwangssynchronisation wird
das Moment der Antriebe auf den für das Gewindeschneiden erforderlichen Wert vermindert.
Die Frequenz steigt dabei so an, daß die Antriebe ohne Überschwingen in die für
die Synchronisation erforderliche Drehzahl einlaufen. Mit dem vorstehend erwähnten
Verfahren lassen sich bei optimaler Einstellung des Antriebsmoments unter Vermeidung
des Überschwingens sehr kurze Anlaufstrecken erzielen. Dies hat den Vorteil, daß
ein größerer Abschnitt des Werkstücks für das eine gleichbleibende Steigung aufweisende
Gewinde verfügbar ist.
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Das Werkstück kann daher besser ausgenutzt werden. Die überlagerte
Regelung sorgt nach dem Eintritt der Synchronisation für deren genaue Einhaltung
während des Gewindeschneidens.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die für den Gewindescbneidarbeitsgang
erforderliche Zeit verkürzt wird.
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Die Vorschubgeschwindigkeit hängt dabei von der Frequenz der Ausgangsimpulse
des Regelkreises zur Zwangssynchroni sation ab, während die Anzahl der Ausgangsimpulse
den vom Werkzeug zurückzulegenden Weg bestimmt. Die Antriebe können ferner mit Konstanter
Beschleunigung hochlaufen bzw. abgebremst werden.
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gesteuerte Oszillator fiir die Abgabe einer Ausgangsimpulsfolge ausgelegt,
deren Frequenz ein Vielfaches der Frequenz der Eingangsimpulsfolge beträgt, wobei
die Ausgangsimplllsfolge jiber einen Frequenzteiler mit einem entsprechenden Mntersetzungsverhältnis
dem Phasenkomparator des Regelkreises zur Zwangssynchronisation ziifiihrbar ist.
Mit dieser Anordnung kann die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflusst werden1 da die
Anzahl der vom spannungsgesteuerten Oszillator des Regelkreises für die Zwangssynchronisation
abgegebenen Impulse ein Maß fiir den vom Werkzeug zurbckzulegenden Weg ist. Es ist
auch möglich, dem Ausgang des Spannungsgesteuerten Oszillators einen Frequenzteiher
nachzuschalten, mit dem eine gewiinschte Anzahl Impulse je Umdrehung des Impulsgebers
erzeugt wird.
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Aufgrund der hohen Frequenz der Ausgangsimpulse des spannungsgesteuerten
Oszillators bewirken Phasenänderungen am Eingang des Regelkreises eine starke Frequenzänderung
am Ausgang.
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Dies hat den Vorteil, daß die Zeitkonstante des Regelkreises wesentlich
kleiner ist als die Zeitkonstante der nachgeschalteten Stellantriebe.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ausgang
des Phasenkomparators an einen Mittelabgriff eines Widerstandsnetzwerks angeschlossen
ist, das zwei weitere Abgriffe zur B'egelverschiebtmg des Ausgangssignalpegels aufweist,
daß die Abgriffe mit steuerbaren Schaltern verbunden sind, deren Steuereingänge
mit dem Zähler verbunden sind und über die nach der Synchronisation je nach positivem
oder negativem Zstand die Ausgangsspannung eines Integrators im Sinne einer Veränderung
der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators bis zum Erreichen des Zahlstands
hlll veränderbar ist. Mit dieser Anordnung ist in einfacher Weise eine schnelle
Veränderung der Ausgangs frequenz des Regelkreises zur Zwangssynchronisation im
Sinne einer Einstellung des Zählers auf den Wert null möglich.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens
besteht darin, daß die Impulse des Impulsgebers gegebenenfall 5 iiber eine Frequenzverui
elfachtmgsschaltung einem Sieb-Mlalti.plizierer zufiihrbar sind, dessen Multiplikatinnsfaktor
entsprechend der gewiinschten Steigung eiinstellbar ist und an dessen Ausgang eine
Taktsynchronisierschaltung angeschlossen ist, mit der je Ausgangsimpuls des Sieb-Multiplizierers
und je dem Rückkopplungsingang des Regelkreises zugefiihrten Impuls mit einer Taktimpu
sfo lge synchronisierte Impulse erzeugbar sind, die unterschiedlichen Zähleingängen
eines Vor/Riickwartszähl ers zltffihrbar sind, daß an den Sieb-Multiplizierer der
Eingang des Regelkreises zur Zwangssynchronisation eines spannungsgestellerten Oszillators
auf die Frequenz der Eingangsimpulse angeschlossen ist, daß der Zahler beim ersten
Schnitt auf Vorwärtszählung bis zur Synchronisation des Regelkrei ses umgeschaltet
ist, daß der Inhalt des Zählers in einen Speicher eingebbar ist, dessen Inhalt zu
Beginn der weiteren Schnitte dem auf Riickwärtszählung umgeschalteten Zähler zuführbar
ist, daß nach der Synchronisation der Inhalt des abwechselnd mit Vor- und Rückwärtszählimpulsen
beaufschlagten Zählers zur Steuerung der Frequenz des Regelkreises im Sinne einer
Rückführung des Zählerinhalts auf den Wert null verwendet ist und daß der Ausgang
des Regelkreises an eine Anordnung zur Aufteilung der Impulse auf die Steuerschaltungen
der Antriebe angeschlossen ist. Der Vor/Rückwärtszähler wird bei dieser Anordnung
mehrfach ausgenutzt. Er dient sowohl zur Steuerung des Beginns des exakten Gewindeschneidens,
das eine im bestimmten Verhältnis zur Spindeldrehahl stehende Vorschubgeschwindigkeit
voraussetzt, als auch zur übergeordneten Regelung der Anzahl der Ausgangsimpulse
des Regelkreises zur Zwangssynchronisation in Übereinstimmung mit der Anzahl der
Eingangsimpulse. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist in einem geringen schaltungstechnischen
Aufwand zu sehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der spannungsvom
}le
a rbei tung swerkz eug zuriickge legten Vor s chllbwe g .
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Vorzugsweise sind die Zähler an Vergleichsschaltungen angeschlossen,
in denen der Zählerinhalt mit einem vorgebbaren Sollwert des Gewindes vergleichbar
ist und mit denen bei einer einstellbaren Wegdifferenz Signale erzeugbar sind, mit
denen iiber Funkti onsgeneratoren ein Steuereingang des Integrators des Regelkreises
zur Zwangssynchronisation beaufschlagbar ist, wobei iiber einen vom Funktionsgenerator
vorgebbaren Kurvenverlauf die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators
im Sinne einer zeitoptimalen Bremsregelung der Antriebe veränderbar ist. Ein Vorteil
dieser Anordnung ist in einer Verkiirzung des Gewindeschneidarbeitsgangs zu sehen.
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Es ist günstig, zum Schneiden von Plan- oder Kegelgewinde an den spannungsgesteuerten
Oszillator eine Impulsverdopplungsschaltung anzuschließen, die mit der Anordnung
zur Verteilung der Impulse auf die den einzelnen Achsen zugeordneten Antriebe verbunden
ist, wobei im Steuerkreis für die senkrecht zur Spindelachse verlaufende Achse eine
Frequenzteilerschaltung für eine Halbierung der Impulse vorgesehen ist. Mit dieser
Anordnung ist es beim Schneiden von Plan- oder Kegelgewinde möglich, auf dem Datenträger
den Durchmesser des Gewindes vorzugeben.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels naher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Steuern
von Gewindebearbeitungsvorgängen bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen,
Vorzugsweise
ist auf dem Impulsgeber in einer gesonderten Abtastspur nur eine Bezugsmarke vorhanden,
die je Umdrehung einen Impuls erzeugt, der zur Öffnung der Zähleingänge des Vor/Riickwärtszählers
und zur Einschaltung des Regelkreises in den Arbeitsbetrieb verwendet ist. Mit dem
Impuls von der Bezugsmarke kann die besondere Drehstellung des Werkstiicks festgestellt
werden. Dadurch kann das Bearbeitungswerkzeug genau in bezug auf das Werkstück eingestellt
werden.
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Eine giinstige Ausfiihrungsform besteht darin, daß auf dem Impulsgeber
zwei Spuren mit abwechselnd je eine logische tO" oder "1" darstellenden Marken gleicher
Teilung angeordnet sind, daß die Marken auf den beiden Spuren jeweils um die halbe
Teilung gegeneinänder verschoben sind und daß der Bezilgsimpuls durch logische Verkniipfung
des von der gesonderten Spur ausgehenden Impulses mit den von den beiden anderen
Spuren erzeugten Impulsen hergestellt wird. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue
Zuordnung des von der Bezugsmarke stammenden Impulses zu den Impulsen, die von den
Marken der anderen Abtastspuren des Impulsgebers erzeugt werden.
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Es ist daher nicht erforderlich, besonders hohe Anforderungen an die
Genauigkeit der Anordnung der Bezugsmarke gegenüber den Marken anderer Abtastspuren
zu stellen. Auch eine sehr.
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genaue Länge der Bezugsmarke ist nicht notwendig. Diese Anordnung
ermöglicht daher eine wirtschaftlichere Fertigung des Imphlsgebers.
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Bei einer anderen günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der
mit dem Regelkreis verbundenen Anordnung zur Aufteilung der Impulse Zähler und Soll-Istwert-
Vergleichsschaltungen nachgeschaltet sind, die mit Digital- Analog- Wandlern in
Verbindung stehen, denen die Antriebe aufweisende Drehzahlregelkreise nachgeschaltet
sind. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue Bearbeitung des Gewindes. Der Inhalt
des Zählers, der als "Wegzähler" bezeichnet werden kann, entspricht dem
Fig.
2 nähere Einzelheiten der im Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellten Teilanordnung
zur Erzeugung und Synchronisation der den Antrieben vorgebbaren Impulse, Fig. 3
nähere Einzelheiten der in Fig. 2 dargestellten Anordnung zur Taktsynchronisierung,
Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen der in Fig. 3 dargestellten
Anordnung, Fig. 5 nähere Einzelheiten der in Fig. 3 dargestellten Zähl-und Speicheranordnung,
des Regelkreises zur Zwangssynchronisation eines spannungsabgestimmten Oszillators
auf die Eingangsfrequenz sowie der dem Regelkreis nachgeschalteten Elemente, Fig.
6 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen der in Fig. 5 dargestellten
Anordnung.
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Ein Impulsgeber 1, der von der nicht näher dargestellten Hauptspindel
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine angetrieben wird, ist mit drei Abtastspuren
versehen, die ebenfalls nicht näher dargestellt sind. Zwei der Abtastspuren sind
mit längs eines Kreises auf einer Impulsgeberscheibe in gleicher Teilung aufgebrachten
Markierungen versehen, wobei jeweils benachbarte Markierungen unterschiedliche Lichtdurchlässigkeiten,
elektrische Leitfähigkeiten usw. aufweisen, durch die Abtastelemente bei den zwei
benachbarten Markierungen unterschiedliche Werte feststellen können, denen jeweils
eine logische "1" oder "0" zugeordnet ist. Die Abtastspuren, die gleiche Teilungen
aufweisen, sind gegeneinander jeweils um eine halbe Teilung verschoben auf der Scheibe
angebracht. Eine dritte Abtastspur des Impulsgebers enthält nur eine Markierung,
deren Teilung etwas größer als diejenige bei den beiden vorstehend erwähnten Abtastspuren
ist. Die
nicht näher dargestellten Abtastelemente der drei Spuren
des Impulsgebers 1 speisen je eine Leitung 2, 3, 4, an die eine Empfängerschaltung
5 angeschlossen ist, die eine Eingangsstufe 6 (Fig. 2) zur Impulsformung und logischen
Verknüpfung der empfangenen Signale aufweist.
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Die logische Verknüpfung der auf den Leitungen 4, a ankommenden Signale
mit dem von der Leitung 3 gelieferten Signal , das von der einzelnen Markierung
erzeugt wird, liefert einen Bezugsimpuls, der einmal pro Umdrehung des Impulsgebers
1 auftritt und auf einer Leitung 7 ausgegeben wird. Dieser Impuls entsteht dann,
wenn die Mrkierung der dritten Spur der gleichen logischen Konstanten zugeordnete
Signalpegel erzeugt wie--die Markierung der beiden anderen Abtastspuren.
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Die Signale der Leitungen 4, 2 werden nach der Impulsformung in der
Eingangsstufe 6 einer Frequenzvervielfachungsschaltung 8 in der Empfängerschaltung
5 zugefiiBrt, in der aus beiden Signalen eine Impuisfolge mit gegenüber der Frequenz
der Signale auf den Leitungen 4, 2 vierfachen Frequenz erzeugt wird. Die vor der
Frequenzvervielfachungsschaltung abgegebene Impulsfolge gelangt über eine Leitung
9 zu einem Sieb-Multiplizierer 1(D, in dem entsprechend der gewünschten Steigung
des zu schneidenden Gewindes eine Impulsfolge gebildet wird, deren Frequenz in einem
festen Verhäntnis zur Frequenz der auf der Leitung 9 auftretenden Impulse steht.
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Der Sieb-Multiplizierer 10 speist eine Hochlaufsteuer- und Synchronisierschaltung
11. Mit der Schaltung 11 wird der Anlauf der den einzelnen Koordinatenachsen zugeordneten
Antriebe bis zu der für die Synchronisation erforderlichen Geschwindigkeit gesteuert
und anschließend die Vorschubgeschwindigkeit während des exakten Gewindeschneidens
auf einem gleichbleibenden Wert gehalten.
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Die Hochlauf- und Synchronisierschaltung 11 steht mit einer Aifteilungsschaltung
12 in Verbindung, mit der die von der Schaltung 11 abgegebenen Impulse auf zwei
Ausgangsleitungen 13, 14 aufgeteilt werden. Über die Leitung 13 wird ein Antriebsmotor
15 angesteuert, der den nicht näher dargestellten Werkzeugträger in Richtung senkrecht
zur Achse der Hauptspindel antreibt. Diese Richtung wird im folgenden mit X-lti
chtllng hezeichnet. Die leitung 14 dient zur Ansteuerung eines Motors 16 der die
I.ei tspindel antreibt, die den nicht näher dargestellten Slipport parallel ziir
Achse der Hallptspindel bewegt. Die Richtung dieser Achse wird mit Z bezeichnet.
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Die Aufteilung der Impulse auf die Leitungen hängt von der Art des
zu schnei.denden Gewindes ab. Wird ein Längsgewinde hergestellt, dann erhält die
Leitung 13 keine Impulse. Bei einem Pl angewinde werden der Leitung 14 keine Impuls
zugefiihrt. Bei einem kegeligen Gewinde erfolgt die Aufteilung der Impulse auf die
Leitungen 13, 14 in Übereinstimmung mit der Neigung des Kegels. Ein nicht näher
dargestelltes Leitwerk steuert die Aufteilung der Impulse auf die Leitungen 13,
14. Von diesem Leitwerk wird beispielsweise in der Schaltung 12 die Ausgabe von
Impulsen auf die Leitungen 13, 14 gesperrt oder es werden die auf die eine oder
andere Leitung iibertragene Impulsfolge in ihrer Frrqllenz entsprechend dem vorgegebenen
Verhältnis vermindert.
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Über die Leitung 13 wird ein Zähler 17 und eine Soll-Istwert-Vergleichsschaltung
18 gespeist. Die Frequenz der auf der Leitung anstehenden Impulse bestimmt die Sollgeschwindigkeit
des Motors 15. Die Anzahl der Impulse legt den vom Werkzeug in X-Richtung zu verfahrenden
Weg fest. Mit jedem von der Soll-Istwert-Vergleichsschaltung 18 festgestellten Impuls
auf der Leitung 13 wird somit der Sollwert erhöht. Der Schaltung 18 wird der Istwert
von einem Winkelkodierer 19 vorgegeben, der mit der Achse des Motors 15 verbunden
ist. Die vom Winkelkodierer
19 parallel angelieferten Daten über
die Stellung des Werkzeugs in X-Richtung werden vor der Verarbeitung in der Schaltung
18 durch nicht näher dargestellte Mittel in die serielle Form umgewandelt. In der
Schaltung 18 wird die Regelabweichung aus dem Soll- und Istwert gebildet und einem
Digital-Analog-Wandler 20 zugeführt, der einen unterlagerten Drehzahlregelkreis
speist, der einen Summierpunkt 21 enthält, dem ein von einem Tachogenerator 22 abgegebenes
Signal zugeführt wird. Der Tachogenerator 22 ist mit der Welle des Motors 15 verbunden.
Dem Summierpunkt 21 ist ein Verstärker 23 nachgeschaltet, der den Motor 15 speist.
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Die Ausgänge des Zählers 17 sind an Eingänge einer Vergleichsschaltung
24 gelegt, deren zweite Eingänge mit einem Speicher 25 verbunden sind. Der Ausgang
des Vergleichers 24 speist einen Funktionsgenerator 26, der mit einer Torschaltung
27 in Verbindung steht.
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An die Leitung 14 ist ein Zähler 28 und eine Soll-Istwert-Vergleichsschaltung
29 angeschlossen. Die auf der Leitung 14 anstehenden Impulse bilden den Sollwert
für die Schaltung 29. Der Istwert wird der Schaltung 29 von einem Winkelkodierer
30 zugeführt, der vom Motor 16 angetrieben wird. Die vom Winkelkodierer 30 parallel
ausgegebenen Daten werden von einem nicht näher dargestellten Parallel-Serien-Umsetzer
in die serielle Form umgewandelt, bevor sie in der Schaltung 29 verarbeitet werden.
Mit der Schaltung 29 ist ein Digital-Analog-Wandler 31 verbunden, dem ein Summierpunkt
32 eines unterlagerten Drehzahlregelkreises nachgeschaltet ist, dem der Drehzahlistwert
von einem Tachogenerator 33 vorgegeben wird, der mit der Welle des Motors 16 verbunden
ist. An den Summierpunkt 32 ist ein Verstärker 34 angeschlossen, der den Motor 16
speist. Die Frequenz der Impulse auf der Leitung 14 bestimmt die Geschwindigkeit
des Motors 16, während die Anzahl
der Impulse den in Z-Richtung
vom Support zurückzulegenden Weg abgibt.
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Die Ausgänge des Zählers 28 sind an Eingänge einer V'rgleichsschaltung
35 angeschlossen, deren zweite Eingänge mit einem Speicher 36 verbunden sind. ber
Ausgang des Vergleichers 35 speist über einen Funktionsgenerator 88 einen zweiten
Eingang der Torschaltung 27, von der eine Leitung 37ausgeht.
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Die Hochlaufsteuer- und Synchronisierschaltung 11 enthält einen Taktgenerator
38, der eine hochfrequente Impulsfolge einer Takt- Synchronisierschaltung 39 zuführt,
deren einer Eingang an den Sieb-Multiplizierer 10 angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal
im folgenden mit "TGW" bezeichnet ist. Weiterhin steht die Schaltung 39 über eine
Leitung 41 mit einer nicht näher dargestellten Steuerschaltung in Verbindung, die
bei einem Arbeitsverfahren "Gewindeschneiden'' ein einer logischen "1" zugeordnetes
Signal auf die Leitung 41 überträgt. In der Schaltung 39 werden drei Ausgangssignale
erzeugt, die im folgenden mit t'GTSYNU, GTSYNDt' und "GTSYNDN" bezeichnet sind.
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Die beiden Signale "GTSYNU, GTSYND" werden über Leitungen 42, 43 einer
Zähler- und Speicherschaltung 40 zugeführt. Eine Leitung 51 ist ferner an eine Beschleunigungs-
und Synchronisierschaltung 44 und ein Leitwerk 45 angeschlossen, wobei die Schaltung
44 über eine Leitung 46 mit einer Frequenzteilerschaltung 47 und über eine Leitung
48 mit dem Leitwerk 45 in Verbindung steht. Die Leitung 51 geht vom Ausgang des
Sieb-Multiplizierers 10 aus. Eine Steuerleitung 49 führt vom Leitwerk 45 zur Beschleunigungs-
und Synchronisierschaltung 44. Die Leitung 46 ist ferner an den Eingang der Schaltung
12 gelegt. Das auf der Leitung 46 auftretende Signal ist im folgenden mit "GTZ"
bezeichnet.
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Der Ausgang der Frequenzteilerschaltung 47 ist über eine Leitung 50,
auf der ein mit ''GTZO" bezeichnetes Signal auftritt, mit einem Eingang der Taktsynchronisierschaltung
39
verbunden. In der Zähler- und Speicherschaltung 40 werden zwei
Ausgangssignale erzeugt, die auf Leitungen 52, 53 übertragen werden, die mit der
Beschleunigungs- und Synchronisierschaltung 44 verbunden sind.
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Das Leitwerk 45 ist an die Leitung 7 angeschlossen. Durch weitere
Verbindungsleitungen 90, 91, 92, 93 wird dem Leitwerk 45 angezeigt, ob ein Gewinde
geschnitten werden soll, eine Steigungsänderung auftritt, die Grundstellung eingestellt
werden soll oder der Arbeitsgang beginnen oder enden soll.
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Die Taktsynchronisierschaltung 39 enthält zwei monostabile Multivibratoren
5, 55, die vom Taktgenerator 38 gespeist werden. Von den positiven Flanken der Impulsfolge
des Taktgenerators 38 wird der monostabile Multivibrator 54 zur Abgabe eines kurzen
Rechtecksignals angeregt. D r monostabile Multivibrator 55 gibt auf die negativ
verlaufenden Flanken der Impulsfolge hin ein kurzes Rechtecksignal ab. Die invertierenden
Ausgänge der Multivibratoren 54, 55 sind je mit den Löscheingängen zweier D-Flipflops
57, 56 verbunde, deren D-Eingänge von nichtinvertierenden Ausgängen zweier D-Flipflops
58, 59 gespeist werden. Der Takteingang des Flipflop 56 ist mit dem invertierenden
Ausgang des monostabilen Multivibrators 55 verbunden. An den Takteingang des Flipflop
57 ist der nichtinvertierende Ausgang des Multivibrators 54 gelegt.
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Die Takteingänge der Flipflops 58, 59 sind je an die Leitung 50 und
den Sieb-Multiplizierer 10 angeschlossen. Der D-Eingang des Flipflop 58 wird von
einem einer logischen "1" zugeordneten Signalpegel beaufschlagt. Der D-Eingang des
Flipflop 59 ist mit der Leitung 41 verbunden. Drr invertierende Ausgang des Flipflop
56 speist die Leitung 48 und den Löscheingang des Flipflop 58. Der nichtinvertierende
Ausgang des Flipflop 56 ist an die Leitung 43 gelegt. Der invertierende Ausgang
des Flipflop 57 speist die Leitung 42 und den Löscheingang des Flipflop 59.
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Die Beschleunigungs- und Synchronisierschaltung 44 enthält einen Phasenkomparator
60, dessen einer Eingang an die Leitung 51 angeschlossen ist. Der Ausgang des Phasenkomparators
60 speist den Mittelabgriff eines Widerstandsnetzwerks, das vier in Reihe geschaltete
Widerstände 61, 62, 63, 64 aufweist. Der Widerstand 61 ist mit dem positiven Pol
einer Spannungsquelle verbunden. Der Widerstand 64 ist an Bezugspotential gelegt.
An einen Abgriff zwischen den Widerständen 61, 62 ist ein steuerbarer Schalter 65
angeschlossen, bei dem es sich um einen kontSktlosen Schalter handelt. Ein Abgriff
zwischen den Widerständen 63, 64 steht mit einem steuerbaren Schalter 66 in Verbindung,
der ebenfalls kontaktlos ausgebildet ist. Die Ausgänge der beiden Schalter 65, 66
sind gemeinsam an die Parallel schaltung eines Widerstands 67 und eines Kondensators
68 angeschlossen. Dem Kondensator 68 und dem Widerstand 67 ist der invertierende
Eingang eines Uperationsverstärkov 69 nacgeschaltet, dessen nichtinvertierender
Eingang an eine positive Referenzspannung gelegt ist. Der Operationsverstäsker 69
ist mit einem Riickkopplungs kondensator 70 als Integrator geschaltet. Der Operationsverstärker
69 speist einen spanrnlngsgesteuerten Oszillator 71, dessen Ausgang einerseits mit
dem Ruhestromeingang eines Schalters 73 und andererseits mit einer Frequenzteilerschaltung
72 verbunden ist, deren Ausgang an den zweiten Eingang des Phasenkomparators 60
angeschlossen ist. Der Ausgang des Schalters 73 ist an die Leitung 46 gelegt. Weiterhin
steht eine Frequenzverdopplungsschaltung 74 mit dem Ausgang des Oszillators 71 in
Verbindung. Der Ausgang der Frequenzverdopplungsschaltung 74 ist an den Arbeitsstromeingang
des Schalters 73 angeschlossen. Die Umschaltung des Schalters 73 wird von einem
nicht näher dargestellten Leitwerk aus gesteuert. Wird Längsgewinde geschnitten,
dann befindet sich der Schalter 73 in seiner Ruhestromlage. Für das Schneiden von
Plangewinde oder Kegelgewinde wird der Schalter in die Arbeitsstromstellung gebracht.
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In der-Aufteilungsschaltung 12 befindet sich neben einer Einrichtung
95, von der die auf der Leitung 46 anstehenden Impulse gemäß der Art des zu schneidenden
Gewindes den Antrieben für die einzelnen Richtungen zugeführt werden eine Frequenzverdopplungsschaltung
75, die zwischen die Einrichtung 95 und die Leitung 13 geschaltet ist- und durch
einen Schalter 73 a beim Längsgewindeschneiden von der Leitung 13 abgetrennt wird.
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An die beiden Leitungen 50, 51 sind Eingänge eines Exklusiv-ODER-Glieds
76 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Synchronisationsdetektorschaltung
77 verbunden ist, deren zweiter Eingang an einen Ausgang des Phasenkomparators 60
gelegt ist.
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Die Zähler - und Speicherschaltung 40 enthält einen Vor-Rückwärtszähler
78, dessen Zähleingänge für Vor-bzw. Rückwärtszählung jeweils an die Leitungen 42,
43 angeschlossen sind.
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Die Ausgänge des Zählers 78 stehen mit Eingängeen eines Speichers
79 in Verbindung, dessen Ausgänge die Eingänge für eine Voreinstellung des Zählers
78 speisen. Das Auslesen des Zählerinhalts und die Eingabe in den Speicher 79 wird
vom Synchronisationsdetektor 77 gesteuert. Ein Eingang am Zähler 78 für die Übernahme
der an den Voreinstelleingängen anstehenden Informationen ist über eine Leitung
80 an das Leitwerk 45 angeschlossen. Der Zähler 78 enthält zwei Ausgänge, von denen
ein Ausgang beim Zählstand null ein logischen "1"-Signal führt. Dieser Ausgang ist
mit der Leitung 53 verbunden, die an den Sperreingang einer Torschaltung 81 gelegt
ist, deren zweiter Eingang mit der Leitung 52 verbunden ist. Die Leitung 53,wird
von einem Ausgang des Zählers 78 gespeist, an dem negativem Zählerinhalt eine logische
"0" und bei positivem Zählerinhalt eine logische "1" ansteht. Die Torschaltung 81
ist an die Steuereingänge der Schalter 65, 66 angeschlossen.
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Der invertierende Eingang des Verstärkers 69 ist weiterhin über Widerstände
82, 83 jeweils mit der Leitung 9 und der
I,ei.tlmg 37 verbunden.
Die Beschleunigungs- und Synchronisierschaltung 44 enthält im wesentlichen einen
Regelkreis zur Zwangssynchronisierung eines spannungsgesteuerten Oszillators auf
die Frequenz am Eingang. Der Regelkreis umfasst die Teile 60 bis 72.
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Während der Drehung der Hauptspindel der Werkzeugmaschine gibt der
Impuisgeber 1 periodisch Impulse ab, die iiber die Eingangsstufe 6 in die Frequenzverfielfachungsschaltung
8 gelangen, an deren Ausgang eine Impu1 sfolge mit einem Vielfachen der Freellenz
der Signale allf den leitungen 1 und 2 verfiigbar ist. Der Impulsfolge auf der Leitung
9 entspricht eine maximal mit der numerischen Steuerung erreichbaren Gewindesteigung.
Tm Sieb-Miiltiplizi erer 10 wird die Impulsfolge mit einem Faktor multipliziert,
der kleiner als Eins ist.
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Dieser Faktor beinhaltet das Verhältnis von gewünschter zll maximal
möglicher Gewindesteigung. Am Ausgang des Sieb-Multiplizierers 10 steht die Impulsfolge
t'TGW" zur Verfiigung deren Anzahl Impulse die Steigung des zu schneidenden Gewindes
bestimmen. In dem Diagramm gemäß Fig. 4 ist in Ordinatenrichtung die Amplitude von
Signalen und in Abszissenrichtung die Zeigt t dargestellt. In Fig. 4 ist ein Rechteckimpuls
der Implllsfolge "TGW" gezeigt. Mit der positiv verlaufenden Flanke des Signals
"TGW" wird die auf der Leitung 41 anstehende logische "1" in das Flipflop 59 jibernommen.
Am nichtinvertierenden Ausgang des Flipflop 59 tritt dadurch eine logische twl"
auf, die am D-Eingang des Flipflop 57 ansteht. In Fig. 4 ist ferner ein Rechteckimpuls
des Signals "GTZO" dargestellt, der gegeniiber dem Impuls "TGW" nacheilend phasenverschoben
ist. Mit der positiv verlaufenden Flanke des Signals "GTZO" wird die am D-Eingang
ständig anstehende logische " 1" in das Flipflop 58 eingespeichert, dessen invertierender
Ausgang auf eine logische "1" übergeht. Die Eingänge der monostabilen Multivibratoren
54, 55 werden mit der vom Taktgenerator abgegebenen Impulsfolge 96 beaufschlagt,
die in Fig. 4 dargestellt ist. Bei jeder positiv verlaufenden Flanke der Impulsfolge
96
gibt der monostabile Multivibrator 54 einen kurzen Impuls 84 ab, der in Fig. 4 gezeigt
ist. Der monostabile Multivibrator 55 gibt bei jeder negativ verlaufenden Flanke
der Impulsfolge 96 einen kurzen Impuls 85 ab. Die Impulse 84, 85 stehen als logische
"O"-Signale an den invertierenden Ausgängen der monostabilen Multivibratoren 54,
55 zur Verfflgung. Mit der positiv verlaufenden Flanke des Impulses 84 gelangt die
am D-Eingang anstehende logische "1" in das Flipflop 57. Das in Fig. 4 gezeigte
Signal "GTSYNU" am invertierenden Ausgang des Fiipfop 57 geht dabei auf einen einer
logischen "O" entsprechenden Signalpegel zuriick, wobei das Flipflop 59 gelöscht
wird. Durch die negativ verlaufende Flanke des auf den Impuls 84 folgenden Impulses
85 wird das Flipflop 57 gelöscht. Das Signal "GTSYNU" geht geht dabei wieder auf
eine logische "1" über. Die positiv verlaufende Flanke des Impulses 5 löst die Eingabe
der am D-Eingang anstehenden logischen "1" 1" in das Flipflop s6 aus. Dabei geht
das am invertierenden Ausgang des Flipflop 56 anstehende, in Fig. 4 dargestellte
Signale 11GTSYND" -auf eine logische "O" iiber, wobei das Flipflop 58 gelöscht rd,
Die negativ verlaufende Flanke des auf den Impuls 85~ folgenden Impulses 84 löscht
das Flipflop 56. Das Signal -GTSYND1 führt danach wieder ein logisches ""-Signal.
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In der Schaltung 39 werden somit zwei Signale nGTSYNU" und GTSYND"
erzeugt, mit denen ein Synchronisation zwischen den Signal.en "'TGW, GTZO" und den
Signalen des- Taktgebers 38 erzielt wird.
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Wenn nach dem Beginn des Arbeitsgangs "Gewindeschneiden" der erste
Bezugsimpuls auftritt, gibt das Leitwerk 45 über die Leitung 80 den Zahleingang
des Zählers 78 fiir Vorwärtszählung frei. Die vom Sieb-Multiplizierer abgegebenen
Impulse der Signalfolge "TGW" gelangen auf den Eingang des Phasenkomparators 60.
Die Impulse der Signalfolge "TGW" sind in
dem Diagramm gemäß Fig.
6 dargestellt, wobei in Abszissenrichtung ein kleinerer Zeitmaßstab angenommen ist.
Über die Leitung 49 iind den Widerstand 82 wird dem Operationsverstärker 69 vom
Teitwerk 115 eine positive Spannung zugeführt. Durch die Integration dieser Spannung
steigt die Eingangsspannung am Oszillator 71 linear an. Während der großen Phasendifferenzen
zwischen den Signa]en t'TGW" und GITZO" liegt am Widerstand 67 somit eine Gleichspannung
86 an, die im Diagramm gemäß Fig. 6 dargestellt ist. Diese bewirkt ein sehr schalls
Ansteigen der Frequenz der Impuisfolge "GTZ" . Die Impulse "GTZ" gelangen über die
Aufteilungsschaltung 12 beim Längsgewindeschneiden als Lagesoliwerte zum Vergleicher
29. Die Anzahl dieser Impulse bestimmt dabei den vom Vorschub zurückzulegenden Weg.
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Durch die Frequenz der Impulsfolge "GTZ" wird die Geschwindigkeit
des Motors 16 bestimmt. Di Zeitkonstante des Integrators in der Beschleunigungs-
und Synchronisierschaltung 44 ist auf die dynamischen Eigenschaften des Motors 16
und der von ihm angetriebenen Teile so abgestimmt, daß die Hochlaufzeit bis zum
Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit möglichst kurz ist. Die Frequenz der Impulsfolge
"GTZ" steigt daher sehr schnell an. Liegen die Frequenzen der Impulsfolge "TGW"
und der durch Untersetzung aus der Impulsfolge abgeleiteten Impulsfolge "GTZOtt
die ebenfalls im Diagramm gemäß Fig. 6 dargestellt ist, nahe beieinander, dann geht
am Ausgang des Phasenkomparators 60 die Spannung während der Impulsdauer des Signals
"GTZO" auf einen Wert zurück, der die Integration während dieses Zeitraums anhält.
In den Impulspausen findet jedoch noch eine Integration statt. Die Spannung am Widerstand
67 nimmt während der Impulsdauer den Wert 87 an.
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Sobald die Frequenzen der Impulsfolgeen "GTZO" und "TGW" übereinstimmen,
gibt der Synchronisationsdetektor 77 ein Signal an den Zähler 78 und den Speicher
79 ab. Mit diesem Signal wird der Inhalt des Zählers 78 in den Speicher 79 übertragen.
Der Zählerinhalt wird gleichzeitig gelöscht. Wenn
die Synchronisation
erreicht ist, wird am Widerstand 67 der Pegel 87 beibehalten. Der Oszillator 71
gibt dabei eine Impulsfolge '«GTZ" mit einer hohen Frequenz ab. Dadurch wird eine
große Genauigkeit beim Gewindeschneiden erreicht. Der Inhalt des Zählers 78 wird
durch zwei aufeinanderfolgende Impulse der Impulsfolgen "GTSYNU, GTSYND" jeweils
um Eins erhöht oder vermindert. Dadurch wird auf der Leitung 53 ein Signal erzeugt,
das die Torschaltung 81 sperrt. Daher sind auch die Schalter 65, 66 offen. Dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers wird über die Leitung 49, die Torschaltung 27
und die Widerstände 81, 82 eine Spannung zugefiihrt, die mit der Spannung am nichtinvertierenden
Eingang übereinstimmt. Es findet daher keine weitere Spannungserhöhung am Ausgang
durch Integration statt.
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Wenn keine Übereinstimmung zwischen der Zahl der Impulse der Impulsfolge
"GTZO" und 1TGW1, herrscht, wird der Inhalt des Zählers 78 um die Differenz erhöht
oder erniedrigt. Bei negativem Zählerinhalt wird der Schalter 66 über die Öffnung
der Torschaltung 81 für das auf der Leitung 52 anstehende logische "l"-Signal für
die am Abgriff der Widerstände 63, 64 anstehende Spannung durchlässig gestenert.
Dadurch kann der vom Schalter 66 gespeiste Integrationsschaltkreis seine Ausgangsspannung
erhöhen, so saß über eine Zunahme der Frequenz der Signale "GTZ" bzw. "GTZO" die
Anzahl der Impulse vermehrt wird, bis der Stand des Zählers 78 den Wert null angenommen
hat. Anschließend wird der Schalter 66 wieder gesperrt. Ist im Zähler 78 eine positive
Zahl vorhanden, dann wird der Schalter 65 mittels eines von der Torschaltung 81
weitergeleiteten "O"-Signals durchlässig gesteuert. Dem vom Schalter 65 gespeisten
Integrationsschaltkreis wird dadurch eine Spannung zugeführt, die eine Verminderung
der dem Oszillator 71 vorgegebenen Spannung bewirkt. Die Frequenz der Impulsfolge
"GTZ" bzw. "GTZO" wird dadurch vermindert, bis der Inhalt des Zählers 78 auf den
Wert null zurückgegangen ist. Mit dem Zähler 78 wird daher eine übergeordnete Regelung
erzielt, die eine äußerst geneue Synchronisation zwischen dem Vorschubweg, der proportional
der Anzahl der Impulse der Impulsfolge "GTZ" ist, und der Anzahl der Drehungen der
Hauptspindel erreicht. Daraus ergibt sich der Vorteil einer sehr großen Genauigkeit
beim Gewindeschneiden.
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Die Sollage des Werkzeugs für das fertige Gewinde ist durch ein Programm
vorgegeben. Da mit der oben beschriebenen Anordnung auch ein schnelles Abbremsen
der Antriebe erzielt werden kann, ist es möglich, den Bremsweg zu berechnen, dessen
Ende durch die Sollage des Werkzeugs bestimmt ist. Der um den Betrag des Bremsweges
verminderte Sollwert kann in den Speicher 36 eingegeben werden. Sobald Übereinstimmung
zwischen dem Inhalt des Speichers 36 und der im Zähler 28 ermittelFaren Sollage
des Werkzeugs festgestellt wird, gibt die Vergleichsschaltung 35 ein Signal an dn
Funktionsgenerator 88, an dessen Ausgang ein Signal auftritt, das einer gewiinschten
Bremskennlinie fiir den Motor 16 angepaßt sein kann. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators
88 gelangt über die Torschaltung 27, die Leitung 37 und den Widerstand 83 auf den
Eingang des Operationsverstärkers 69. Die auf den invertierenden Eingang des Verstärkers
69 geschaltete Spannung wird so hoch bemessen, daß die Frequenz des Oszillators
71 schnell abfällt.
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Wie im Diagramm gemäß Fig. 4 dargestellt, hat diese Spannung 89 den
Wert null. Die Frequenz der Signalfolge "GTZ", bzw.
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"GTZO" fällt daher schnell ab. Die für das Gewindeschneiden erforderliche
Zeit wird durch den schnellen Hochlauf des Motors 16 und das schnelle Abbremsen
wesentlich reduziert.
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Bei Beginn des zweiten und der folgenden Schnitte wird der im Speicher
79 enthaltene Wert aufgrund eines Steuersignals aus dem Leitwerk 45 in den Zähler
78 eingegeben. Der Zähler wird beim Auftreten der Bezugsmarke über das Leitwerk
45 auf Rückwärtszhlng umgeschaltet. Während des Hochlaufs des Motors 16 wird der
Inhalt des Zählers durch die Impulse, die mit dem als Sollfrequenz auf den Phasenkomparator
60 gegebenen Impulsen des Signals "TGW" synchronistsrt sind, laufend vermindert.
Wenn der Inhalt des Zählers 78 auf dem Wert null angekommen ist, herrscht Übereinstimmling
zwischen den Frequenzen der Signale "TGW" uns und'GTZO". Dadurch setzt
das
exakte Gewindeschneiden ein, bei dem der Zähler 78 die iibergeordnete Regelung in
der oben erwähnten Weise durchfiihrt.
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Bei allen Schnitten ist somit der Beginn des exakten Gewindeschneidens
genau gleich.