DE2729372A1 - Ueberwachungsverfahren fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschine - Google Patents

Ueberwachungsverfahren fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschine

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Description

  • überwachungsverfahren für eine numerisch
  • gesteuerte Werkzeugmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein überwachungsverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei dem die von einem Lagemeßsystem erfaßten Lageistwerte zyklisch in die numerische Steue- -rung eingegeben und dort mit Lagesollwerten verglichen werden, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für eine Antriebseinheit umgesetzt wird.
  • Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden die A~hsantriebe von Lageregeleinrichtungen in der numerischen Steuerung geregelt. Bei rechnergeführten Steuerungen erfolgt die Lageregelung in einem Rechner nach Maßgabe eines Programms. Bei einer Störung in der Antriebseinheit oder bei einer Störung der nuaerischen Steuerung, einer Störung des Rechners oder bei einem Fehler im Programm besteht die Gefahr, daß die Antriebseinheiten außer Kontrolle geraten. Hierdurch können schwere Schäden an der Werkzeugmaschine verursacht werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur überwachung von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schleppabstand im Hinblick auf störungscharakteristische Toleranzwerte Uberwacht wird, bei deren überschreitung Störungsmeldungen erzeugt werden.
  • Das erfindungsgemäße überwachungsverfahren ermöglicht mehrere Ausgestaltungen, die einzeln oder auch gemeinsam eingesetzt werden können.
  • Jede Antriebseinheit hat eine bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit. Da der Schleppabstand in einem bestimmten Verhältnis zur gefahrenen Geschwindigkeit steht, läßt sich für tede Antriebseinheit ein Grenzichleppabstand bestimmen, der im Normalfall nicht überschritten wird. Wird der Grenzschleppabstand überschritten, so liegt eine Störung vor. Beispielsweise kann das Lagemeßsystem nicht richtig arbeiten oder die Antriebseinheit reagiert nicht oder fehlerhaft auf den vorgegebenen Drehzahlsollwert. Es wird daher erfindungsgemäß der Schleppabstand im Hinblick auf einen Maximalwert überwacht. Wenn dieser Maximalwert überschritten wird, so wird ein Fehlersignal ausgegeben und eine Alarmmeldung angezeigt. Vorzugsweise werden gleichzeitig Schutzmaßnahmen getroffen, beispielsweise kann der Drehzahlsollwert auf Null gesetzt werden oder es kann die gesamte Werkzeugmaschine stillgesetzt werden.
  • Im Stillstand der Antriebseinheit ändert sich der Drehzahlsollwert nicht. Durch den unvermeidbaren Einfluß jon Störgrößen pendelt Jedoch der Lageistwert um eine oder mehrere kleinste Wegeinheiten hin und her. Der Schleppabstand darf im Stillstand niemals größer werden als dieser maschinenspezifische StörgröBeneinfluß. Es wird daher erfindungsgemäß im Stillstand der Antriebs einheit der Schleppabstand im Hinblick auf einen kleinen Stillstandgrenzwert überwacht, bei dessen Überschreitung ein Störungsfall angenommen wird.
  • Bei rechnergeführten Steuerungen werden von einem Lagoxeßysten in vorgegebenen Intervallen Teilistwerte erfaßt und in die numerasche Steuerung eingegeben und dort zu einem Gesantistwert aufsummiert. Der Gesamtistwert wird mit einem Lagesollwert verglichen, der nach Maßgabe eines Programms aus Eingabedaten ermittelt wird. Der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand wird in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für die Antriebseinheit umgesetzt. Da die Teilistwerte in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise alle 4 msec vom Rechner abgeholt werden* stellt ein solcher Teilistwert auch ein Maß für die gefahrene Geschwindigkeit dar. Die gefahrene Geschwindigkeit ergibt sich aus dem im Zeitintervall zurückgelegten Weg als Teilistwert, dividiert durch die festgelegte Dauer eines Zeitintervalls. Im eingeschwungenen Zustand des Antriebs, d.h.
  • wenn keine Verzögerung und keine Beschleunigung auftritt, steht der jeweilige Teilistwert in direkter Beziehung zum Drehzahlsollwert. Es wird daher erfindungsgemäß das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert gebildet. Das Ergebnis wird mit einer oberen und einer unteren Toleranzgrenze verglichen. Liegt das Ergebnis länger als eine vorgegebene Zeitspanne außerhalb dieser Toleranzgrenzen, so wird ein Störungsfall angenommen.
  • Die genannte Zeitspanne von beispielsweise 160 msec wird zunächst abgewartet, um den Einfluß von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen zu überbrücken. Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten ist der Drehzahlsollwert ebenso wie die Teilistwerte nahezu Null.
  • Das Ergebnis der Division wUrde zu ungenau. Man wird deshalb bei kleinen Geschwindigkeiten diese überwachung abschalten.
  • Schaltungsanordnungen zur Durchführung von erfindungsgemäßen Uberwachungsverfahren sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben Die Figur zeigt das Blockschaltbild einer rechnergeführten Steuerung für eine Werkzeugmaschine. Von einem Lochstreifenleser 2 oder einer anderen Dateneingabevorrichtung gelangen Eingabedaten in einen Rechner 1. Von einem Bedienfeld 3 können ebenfalls Daten in den Rechner 2 eingegeben werden. Vom Rechner 1 sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Baueinheiten dargestellt. Der Rechner 1 enthält beispielsweise Zeichenprüfer, Dekodierer, Zwischenspeicher, Interpolatoren, Vergleicher und Anpaßschaltungen iilr ein Lagemeßsystem 4 bzw.
  • eine Antriebsoinheit 5, sowie Taktgeber zur Erzeugung eines Zeitrasters.
  • Die Lageregelung enthält einen Interpolator 11, der Lagesollverte ausgibt, die in einem Lagesollwertspeicher 12 jeweils für eine Zykluszeit gespeichert werden. In einem Vergleicher 13 werden die Lagesollwerte mit Lageistwerten verglichen, die vom Lagemeßsystem 4 geliefert werden. Das Lagemeßsystem 4 enthält beispielsweise einen mit dem Maschinenschlitten 6 gekuppelten Drehmelder 7, dessen analoge Ausgangsspannung einem Spannungs-Frequenz-Wandler 8 zugeführt wird. Die Impulse des Spannungs-Frequenz-Wandlers 8 werden in einem Zähler 9 aufsummiert. Der Zählerstand des Zählers 9 stellt einen Teilistwert dar. Dieser Teilistwert wird zyklisch, beispielsweise alle 4 msec, in den Rechner 1 eingegeben. Hierzu wird eine Torschaltung 17 durchlässig gesteuert. Die Teilistwerte werden in einem addierenden Register 18 zum Gesamtistwert aufsummiert. Der Gesamtistwert wird im Vergleicher 13 mit dem vom Interpolator 11 gelieferten Lage sollwert verglichen. Das Vergleichsergebnis ist der Schleppabstand, der in einem als Zwischenspeicher dienenden Schleppabstandsspeicher 14 gespeichert wird. Der Schleppabstand wird in einem Verstärker 15 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, der von einer geeigneten Eingabevorrichtung 19 geliefert wird. Das Ergebnis stellt den Drehzahlsollwert dar. Der Drehzahlsollwert wird in einen als Zwischenspeicher ausgebildeten Drehzahlsollwertspeicher 16 eingegeben und zyklisch an die Antriebseinheit 5 ausgegeben, beispielsweise ebenfalls alle 4 msec.
  • Geeignete Lagemeßsysteme sind beispielsweise beschrieben in W. Simon "Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen", 1971, Seite 100 bis 144.
  • Die Antriebseinheit 5 enthält einen Digital-Analog-Wandler 20 zur Umwandlung des digital ausgegebenen Drehzahlsollwertes in eine analoge Spannung. Die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers 20 wird in einem Vergleicher 21 mit einem Drehzahlistwert verglichen. Die sich ergebende Regeldifferenz steuert einen Drehzahlregler 22 aus, dessen Ausgangsspannung einem Steuersatz 23 zugeführt wird. Der Steuersatz 23 steuert einen als Stellglied vorgesehenen Stromrichter 24, der einen Antriebsmotor 25 speist. Der Antriebsmotor wirkt auf den Maschinenschlitten 6. Mit dem Antriebsmotor 25 ist ein Tachogenerator 26 zur Erfassung des Drehzahlistwertes gekoppelt.
  • Zur Abschaltung des Antriebs im Störungsfalle ist ein Schalter 27 zwischen dem Steuersatz 23 und dem Stromrichter 24 vorgesehen.
  • Es ist jedoch auch möglich, daß mit einem Schutzsignal an einer anderen geeigneten Stelle der Wirkungskette eingegriffen wird.
  • Beispielsweise kann der Drehzahlsollwert auf Null gesetzt werden.
  • Ebenso kann die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 22 abgeschaltet werden oder es kann die Einspeisung für den Stromrichter 24 oder die Speisung des Antriebsmotors 25 unterbrochen werden. Vorzugsweise wird die gesamte Werkzeugmaschine stillgesetzt.
  • Zusätzlich kann eine qualifizierte Störungsanzeige 36 betätigt werden.
  • Zur überwachung der Antriebseinheit 5 und der Steuerung 1 sind Grenzwertmelder 30, 31, 32, 33 vorgesehen, deren Ausgangssignale in ODER-Gattern 34 und 38 miteinander verknüpft werden, deren Ausgangssignal den Schalter 27 und die Störungsanzeige 36 beeinflußt.
  • Der Grenzwertmelder 30 überwacht den im SchleppabstandssTeicher 14 gespeicherten Schleppabstand im Hinblick auf einen Maximalwert. Da die Antriebseinheit 5 eine bauartbedingte Maximalgeschwindigkeit hat, übersteigt der Schleppabstand normalerweise die im Grenzwertmeider 30 vorgegebene Grenze nicht. Wird die Crenze dennoch überschritten, so liegt eine Störung vor. Das Ausgangssignal des Grenzwertmelders 30 ändert sich und schaltet über den Schalter 27 die Antriebseinheit 5 ab. AuBerdem wird die Störungsanzeige 36 angesteuert.
  • Im Stillstand einer Antriebseinheit sind Lageistwert und Lagesollwert gleich. Der Schleppabstand und der Drehzahlsollwert sind Null. Dennoch kann der Lageistwert aufgrund von maschinenspezifischen Störgrößeneinflüssen um eine oder mehrere kleinste Wegeinheiten hin und her pendeln. Dadurch ergibt sich auch ein entsprechender kleiner Schleppabstand. Dieser darf jedoch beim Stillstand der Antriebseinheit eine Grenze nicht übersteigen, die durch die Art der Maschine und die Art des verwendeten Lagemeßsystems bestimmt ist. Ein weiterer Grenzwertmelder 33 ist auf diesen Stillstandsgrenzwert eingestellt. Wird dieser Stillstandsgrenzwert Uberschritten, so erfolgt in der bereits beschriebenen Weise eine Abschaltung der Antriebseinheit und eine Störungsmeldung. Damit die Stillstandsüberwachung nur beim Stillstand der Antriebseinheit wirksam ist, ist ihr Ausgang oder ihr Eingang Uber einen schematisch dargestellten elektronischen Schalter 35 geführt, der nur im Stillstand geschlossen ist. Die Ansteuerung des Schalters 35 ist nicht näher dargestellt und kann über eine Abfrage des Drehzahlsollwertes erfolgen.
  • Wenn die Antriebseinheit 5 fährt, ändert sich der Lagesollwert kontinuierlich. Damit bildet sich ein Schleppabstand und hieraus ein Drehzahlsollwert, welcher der zu verfahrenden Geschwindigkeit entspricht. Im eingeschwungenen Zustand steht der im Teilistwertspeicher 17 gespeicherte Teilistwert in einem direkten Zusammenhang zum Drehzahl sollwert, der im Drehzahlsollwertspeicher 16 steht. In einem Dividierer 37 wird das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert gebildet. Das Ergebnis wird in einem ersten Grenzwertmelder 31 mit einer unteren Toleranzgrenze und in einem weiteren Grenzwertmelder 32 mit einer oberen Toleranzgrenze verglichen. Die Ausgangss*gnale der beiden Grenzwertmelder 31 und 32 werden in einem ODER-Gatter 38 zusammengefaßt und über ein Verzögerungsglied 39 geführt. Das Verzögerungsglied 39 ist vorgesehen, um Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge zu überbrücken. Wenn auch nadl Ablauf der Ansprechverzogerung des Verzögerungsgliedes 39 einer der beiden Grenzwertmelder 31 oder 32 anzeigt, daß das Verhältnis aus Drehzahlsollwert zu Teilistwert außerhalb der betreffenden Toleranzgrenze liegt, so wird Uber das ODER-Gatter 34 die Antriebseinheit 5 stillgesetzt und eine Störung angezeigt.
  • Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten sind der Drehzahlsollwert und der Teilistwert nahezu Null. Das Ergebnis der im Dividierer 37 durchgeführten Verhältnisbildung würde zu ungenau. Es wird deshalb durch entsprechende Ansteuerung des elektronachen Schalters 40 im Ausgang des Dividierers 37 abgeschaltet. Die Ansteuerung des elektronischen Schalters 40 ist nicht dargestellt. Sie kann ebenfalls durch eine Abfrage des Drehzahlsollwertes erfolgen.
  • Die Erfindung wurde bisher nur für einen Achsantrieb b.schrieben. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, sämtliche Achsantriebe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu überwachen.
  • Bei CNC-Maschinen werden die Funktionen der Lageregelung ebenfalls von einem Rechner nach Maßgabe eines Programms durchgeführt. In diesen Fällen kann man vorteilhaft das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren mit Hilfe von entsprechenden Programmachritten in das Lageregelungsprogramm einfügen. Dabei entsteht kein zusätzlicher Schaltungsaufwand. Die Funktionen der genannten Bauelemente, wie Grenzwertmelder, Verzögerungsglieder, Verknüpfungsglieder und Schalter, werden durch Progre-schritte nachgebildet.
  • 1 Figur 6 Patentansprüche L e e r s e i t e

Claims (6)

  1. PatentansprUche u Uberwachungsverfahren fUr eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei dem die von einem Lagemeßsystem erfaßten Lageistwerte zyklisch in die numerische Steuerung eingegeben und dort mit Lagesollwerten verglichen werden, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für eine Antriebseinheit umgesetzt wird, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schleppabstand im Hinblick auf störungscharakteristische Toleranzwerte überwacht wird, bei deren überschreitung Strungsmeldungen erzeugt werden.
  2. 2. überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleppabstand im Hinblick auf einen Maximalwert überwacht wird.
  3. 3. überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stillstand der Antriebseinheit der Schleppabstand im Hinblick auf einen kleinen Stillstandsgrenzwert überwacht wird.
  4. 4. überwachungsverfahren für eine rechfiergeführte numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei dem von einem Lagemeßsystem in vorgegebenen Intervallen Teilietwerte erfaßt und in die numerische Steuerung eingegeben und dort zu einem Gesamtistwert aufsummiert werden, der mit einem Lagesollwert verglichen wird, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für die Antriebseinheit umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in 3edem Zeitintervall das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert berechnet und im Hinblick auf eine obere und eine untere Toleranzgronzo überwacht wird.
  5. 5. überwachungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachung des Verhältnisses von Drehzahlsollwert zu Teilistwert bei kleinen Geschwindigkeiten abgeschaltet wird.
  6. 6. überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für eine CNC-Maschine, bei der die Lageregelung durch ein Rechnerprogramm ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das überwachungsverfahren durch Programmschritte durchgeführt wird, mit denen die Funktionen der entsprechenden Bauelemente einer überwachungsschaltung nachgebildet werden.
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