DE2649115A1

DE2649115A1 - Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2649115A1
Application number: DE19762649115
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Broemer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-03
Also published as: US4160198A; DE2649115B2; DE2649115C3; JPS5354678A

Description

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei der vom programmierten Vorschub abhängige Teilsollwerte und von einem selbstabgleichenden Wegmeßsystem abgenommene Teilistwerte jeweils in definierten Zeitabständen zu Wegsollwert und Wegistwert addierbar sind und bei der aus der dem Schleppabstand proportionalen Differenz beider Werte der Drehzahlsollwert für den Regler des Vorschubantriebes gebildet ist. Hierbei besteht das selbstabgleichende Meßsystem aus einem induktiven, primärseitig gespeisten Meßgeber, dessen sekundärseitige Fehlerspannung von der Lage des primärseitig erzeugten Flußvektors zur Lage des Sekundärteils abhängig ist und eine der Fehlerspannung proportionale Zahl von Pulsen ein zur Nachführung des Vektors in Richtung des Abgleiches und als Maß für den zurückgelegten Wegistwert des Sekundärteils dient. Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise im SINUMERIK-Katalog 550C, Teil 3, Oktober 1974, insbesondere Bild 1 und Bild 6, beschrieben ist.

Hinsichtlich des selbstabgleichenden Meßsystems sei dabei auf die Siemens-Zeitschrift 1973, S. 12 bis 15, insbesondere Bilder 2 und 3, im Beiheft "Steuerungen und Antriebe zur Automatisierung der Werkzeugmaschine" hingewiesen.

Zur Steuerung von Werkzeugmaschinen werden heute in zunehmendem Maße Prozeßrechner benutzt - sogenannte CNC-Steuerungen. Bei diesen Steuerungen wird der nach vorgegebenen Bedingungen geänderte

Ch 21 Sie / 18.10.1976

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Wegsollwert mit dem Wegistwert verglichen und daraus die Drehzahlführungsgröße für einen Vorschubantrieb an der Maschine gebildet. Infolge der Funktionsweise der Abtastregelung werden hierbei SoIl- und Istwert aus jeweiligen Teilsoll- und Teilistwerten gebildet, d.h. die jeweils vorliegenden Soll- bzw. Istwerte werden um den Betrag verändert, der jeweils innerhalb einer bestimmten Zeit, z.B. 8 Millisekunden, als Änderung angefallen ist. Dies bedeutet, daß jeweils nur die Istwertänderung innerhalb dieser 8 Millisekunden zu erfassen ist und daß in den Abtastpausen eine definiert von außen hervorgerufene IstwertSchwankung sich nicht störend bemerkbar machen wird.

Ausgehend von dieser Struktur der digitalen Regelung mit Prozeßrechner besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den selbstabgleichenden Meßkreis auf Fehler betriebsmäßig überprüfen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Abtastpausen der Teilistwertabfrage kurzzeitig der Vektor im Meßgeber um definierte Winkel verdrehbar ist und die Fehlerausgangs spannung auf Polaritätswechsel überprüfbar ist. Falls ein derartiger Polaritätswechsel bei z.B„ einer zweimaligen Umpolung der Einspeisung nicht auftritt, kann dies als Indiz für eine Störung im Meßsystem genommen werden-

Eine weitere Überprüfung der Anordnung kann dadurch erreicht werden, daß der jeweils abgeholte Teilistwert durch den errechneten Drehzahlsollwert dividiert wird. Weicht das Divisionsergebnis wesentlich von 1 ab, so muß eine Störung vorliegen, da der jeweilige Teilistwert auch ein Maß für die Geschwindigkeit sein soll.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Steuerungsanordnung, Figur 2 die Arbeitsweise des Meßgebers beim Selbstabgleich und Figur 3 die Verdrehung des Flußvektors durch Umpolen der Speisespannungen.

Es besteht die Aufgabe, durch den elektrischen Antriebsmotor 4 einen V/erkzeugmaschinenschlitten 7 in eine bestimmte Position

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zu verfahren. Hierzu ist dem Motor 4 ein Drehzahlregler 2 zugeordnet, der den Istwert von einer mit dem Motor 4 gekuppelten Tachometermaschine 5 erhält. Der Drehzahlsollwert des Drehzahlreglers 2 wird über einen Digital-Analog-Wandler 8 von der Rechnersteuerung 1 geliefert, die diesen Wert aus dem eingegebenen Steuerungsdaten und dem vom Meßgeber 6 gelieferten Wegistwert bildet.

Die Rechnersteuerung arbeitet in der Weise, daß nach bestimmten Kriterien - vor allem der gewünschten Geschwindigkeit - in einem Baustein 11 Sollimpulse erzeugt und in einem Zähler 12 addiert werden. Jeweils in bestimmten Abständen, z.B. in 8 Millisekunden, wird der Inhalt des Zählers 12 über ein Addierglied 22 in einen weiteren Zähler 13 addiert. Der Stand des Zählers 13 bildet dann den jeweiligen Wegsollwert der jeweils durch den Teilsollwert des Zählers 12 verändert wird. Der Endsollwert ist dann erreicht, wenn die Zahl der vom Baustein 11 ausgegebenen Pulse dem insgesamt zurückzulegenden Weg s entspricht, was durch einen weiteren Zähler 20 überwacht wird, der dann das Ende E der Sollwertvorgabe anzeigt. Gleichzeitig mit der Sollwertvorgabe holt die Rechnersteuerung 1 im gleichen Zeitraster, also z.B. alle 8 Millisekunden, den im Teilistwertzähler 16 vorliegenden Teilistwert, d.h. die Veränderung des Wegistwertes in diesen 8 Millisekunden ab und addiert ihn über ein Addierglied 22 zum Istwert im Zähler 15. Aus den Ständen der Zähler 13 und 14 wird in einem Lagerregler 14 ein der Differenz von Soll- und Istwert proportionaler Wert gebildet und über ein Multiplizierglied 18 als Drehzahlsollwert dem Digital-Analog-Wandler 8 vorgegeben.

Die Änderungen des Wegistwertes werden dem Teilistwertzähler 16 über die Leitung 34 vom selbstabgleichenden Meßsystem zugeführt, dessen Wirkungsweise in Verbindung mit Figur 2 näher erläutert sei.

Der mit dem Motor 4 gekuppelte, als Meßgeber dienende Drehmelder 6, hat zwei um 90° versetzte Wicklungen 61 und 62 im Stator und eine mit dem Rotor drehbare Wicklung 63. Die induzierte Fehlerspannung Up in der Wicklung 63 ist dann Null, wenn die senkrecht zur Spulenachse weisende Spulenrichtung S der Rotorwicklung 63 mit der RichtungoC des resultierenden Flußvektors übereinstimmt,

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der durch das Verhältnis der beiden Spannungen UI und U2 in den Primärwicklungen 61 und 62 bedingt ist (Sinus-Cosinuseinspeisung).

Solange die Spulenrichtung S nicht mit der Feldrichtung'ü übereinstimmt, wird in der Rotorwicklung 63 die Spannung

U_F rv- -jivt. C^-^)

induziert. Das selbstabgleichende Wegmeßsystem arbeitet nach dem Prinzip, daß die beiden Spannungen U1 und U2 und damit der Vektor

<p so verdreht wird, daß die Winkeldifferenz cT-'x: laufend zu 0 gemacht wird. Ist der Rotor mit dem zu bewegenden Maschinenteil gekuppelt, so ist also der Vektor ψ laufend der Drehung des Maschinenteils nachzuführen. Hierzu wird die Fehlerspannung U_p in einem Demodulator 31 phasenabhängig demoduliert und auf einen Spannungsfrequenzumsetzer 32 gegeben, der eine entsprechende Pulsfrequenz liefert. Die Pulse werden einer digitalen Spannungserzeugung 33 zugeführt, die die beiden Spannungen U1 und U2 bildet, die die Feldrichtung im Meßgeber (Drehmelder) ständig der Spulenrichtung nachdrehen und damit die Fehlerspannung U„ abbauen. Das Prinzip eines derartigen selbstabgleichenden Wegmeßkreises und das Prinzip der digitalen Spannungserzeugung (Sinus-Cosinusgenerator) sind dabei in allen Einzelheiten näher in der Siemens-Zeitschrift 1973, S. 12 bis 16, und zwar im Beiheft über Steuerungen und Antriebe zur Automatisierung der Werkzeugmaschine beschrieben.

Die vom Spannungsfrequenzumsetzer 32 stammenden Pulse sind jeweils gleichzeitig auch ein Maß für die Istwertänderung und können daher dem Teilistwertzähler 16 zugeführt werden, und zwar entsprechend dem im Demodulator 31 gewonnenen Vorzeichen.

Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Meßsystems wird in den Abtastpausen, z.B. jeweils 2 Millisekunden nach der Übernahme des Teilistwertes, eine halbe Millisekunde der Flußvektor fi , der durch die beiden Spannungen U1 und U2 gegeben ist, gedreht, und zwar zunächst durch Umpolen der Spannung U1 in die Lage

φ (Spiegelung an der Achse ψ sin) und anschließend durch Umpolen der Spannung U2 in die Lage (£ (Spiegelung an der Achse φ cos).

Da hierdurch der Vektor jeweils in einen anderen Quadranten zu liegen kommt, muß mindestens einmal während dieser kurzzeitigen

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Vektordrehungen die Polarität der Fehlerspannung U^, gewechselt haben (Figur 3).

Schaltungsmäßig ist diese Prüfung z.B. dadurch möglich, daß zwischen der digitalen Spannungserzeugung 33 und dem Drehmelder 6 eine Umpolstufe 36 geschaltet ist, die auf ein Kommando P hin die einzelnen Spannungen U1 und U2 nacheinander kurzzeitig umpolt. Der hieraus resultierende Polaritätswechsel der Fehlerspannung am Ausgang des Demodulators 31 wird im Überwachungsglied 35 erfaßt; sein Fehlen dient als Kriterium für eine Störung ST.

Die kurzzeitige Spannungsumpοlung hat keinen Einfluß auf das im Zeitraster abgefragte Meßresultat, da der durch die kurzzeitige elektrische Verdrehung des Flußvektors aufgetretene Meßwertsprung ebenso kurzfristig anschließend durch die Selbstabgleichung des Meßsystems wieder beseitigt wird.

In diesem Zusammenhang ist noch eine weitere Störungsüberprüfung möglich, und zwar durch die Division des im Zähler 16 vorliegenden Teilistwertes durch den am Ausgang des Multiplizierers 18 anstehenden digitalen Drehzahlsollwert. Ergibt die Division im Divisionsbaustein 23 einen Wert, der zu weit von 1 abweicht, so wird ebenfalls ein Störungssignal ST ausgegeben.

3 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

- #- 76 P 3 252 BRD Patentansprüche

1.] Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei der von programmierten Vorschub abhängige Teilsollwerte und von einem selbstabgleichenden Wegmeßsystem abgenommene Teilistwerte jeweils in definierten Zeitabständen zu Wegsollwert und Wegistwert addierbar sind und aus der dem Schleppabstand proportionalen Differenz beider Werte der Drehzahlsollwert für den Regler des Vorschubantriebes gebildet ist, wobei das selbstabgleichende Meßsystem aus einem induktiven primärseitig gespeisten Meßgeber besteht, dessen sekundärseitige Fehlerspannung in Höhe und Polarität von der Lage des erzeugten Flußvektors zur Lage des Sekundärteils abhängig ist und eine der Fehlerspannung proportionale Zahl von Pulsen zur Nachführung des Vektors in Richtung des Abgleiches und als Maß für den zurückgelegten Wegistwert des Sekundärteils dient, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abtastpausen der Teilistwertabfrage kurzzeitig der Vektor (U1 , 112) im Meßgeber (6) um definierte Winkel verdrehbar ist und die Fehlerausgangsspannung (U_F) auf Polaritätswechsel überprüfbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die primärseitigen Speisespannungen (IL· , Up) nacheinander umpolbar sind.

3. Einrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Überprüfung des Divisionsergebnisses von Teilistwert und errechnetem Drehzahlsollwert.

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