DE2810646A1

DE2810646A1 - Numerisches steuersystem fuer eine werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2810646A1
Application number: DE19782810646
Authority: DE
Inventors: Jiro Chiba
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1978-09-21
Also published as: US4206393A; GB1595667A

Description

- A ■-

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO

3-6, Akasaka 2-chome, Minato-ku, Tokyo-to, Japan

Numerisches Steuersystem für eine Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft ein numerisches Steuersystem für eine Werkzeugmaschine, bei welcher ein Servosystem für den Antrieb eines Werkzeuges, Schlittens oder dgl. von einem Stellsignal gesteuert wird, das entsprechend einer vorbestimmten Funktionsgleichung erzeugt wird, mit einem Funktionsgenerator, der in Abhängigkeit von einer gemessenen Eingangsgröße nach einer vorgegebenen Funktion ein den Stellwert bildendes Ausgangssignal erzeugt.

Bei der numerischen Bewegungssteuerung des Werkzeugs einer Werkzeugmaschine durch simultane PositionsSteuerung des Werkzeuges entlang der X-Achse und der Y-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems werden die Stellwerte, die dem Werkzeugsupport zugeführt werden, nach komplizierten Funktionen errechnet.

Beispielsweise muß beim Drehen oder Schleifen der Lagerzapfen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine der jeweilige Stellwert für den Werkzeugsupport nach einer komplizierten Funktionsgleichung ermittelt werden, wenn die Außenkontur des sich drehenden Werkstücks an dem exzentrisch zur Spindelachse liegenden Lagerzapfen eine exakt kreisförmige Kontur annehmen soll.

Bei numerischen Steuersystemen für Werkzeugmaschinen besteht die Schwierigkeit darin, daß Bearbeitungsfehler infolge der Zeitverzögerung auftreten, die das Antriebs-

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system (einschließlich des Werkstücks) in bezug auf die Stellbefehle von der Steuereinrichtung verursacht. Wenn beispielsweise die Steuerung entlang der X-Achse und entlang der Y-Achse simultan in der Weise durchgeführt wird, daß das Werkzeug sich entlang einer Kurve in einer Ebene bewegt, dann verursacht die Trägheit des Servosystems eine Phasenverzögerung, die sich dadurch bemerkbar macht, daß die Resultierende der Bewegungen entlang der X-Achse und entlang der Y-Achse die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflußt. Darüber hinaus hängt die jeweilige Verzögerung von dem jeweiligen Koordinatenpunkt (xi, yi) ab, den das Werkstück gerade einnimmt. Aus diesem Grunde ist die Bearbeitungsgenauigkeit, die mit den bekannten Steuerungssystemen erzielbar ist, begrenzt, so daß normalerweise noch eine Nachbearbeitung erfolgt. Zum Drehen oder Schleifen eines Lagerzapfens, der exzentrisch zum Hauptlager der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, kann die Kurbelwelle so in das Spannfutter einer Werkzeugmaschine eingespannt werden, daß sie sich um die durch ihre Hauptlagerzapfen hindurchgehende Achse dreht. Die anderen Lagerzapfen laufen dabei um die Drehachse um. Sie sind besonders schwierig mit hinreichender Genauigkeit zu bearbeiten. Die Bearbeitung erfolgt mit einem Werkzeug, das in Kontakt mit der Umfangsflache des Lagerzapfens steht und der Umlaufbewegung linear hin- und hergehend folgen. Hierbei wirkt sich jedoch die Zeitverzögerung des die Linearbewegung des Werkzeugkopfes steuernden Servosystems nachteilig aus und die Bewegung des Berührungspunktes (Arbeitspunktes) zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug weicht infolge der Zeitverzögerung von der idealen Kurve ab, so daß ein Bearbeitungsfehler entsteht.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein numerisches Steuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das imstande ist, eine komplizierte Funktionsgleichung,nach der das Werkzeug idealerweise geführt werden sollte, so zu korrigieren, daß dem Nacheilen des Werkzeuges infolge der Trägheitskräfte Rechnung getragen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Korrektureinrichtung vorgesehen ist, die einen dem Phasenverzögerungswinkel des Servoantriebssystems für eine Arbeitsspindel entsprechenden Korrekturwert erzeugt, der zur Korrektur des durch die Funktionsgleichung angegebenen Stellwertes benutzt wird.

Nach der Erfindung kann die Funktionsgleichung für den Stellwert auch in Fourier-Komponenten zerlegt werden und diese Komponenten können unabhängig berechnet werden, um anschließend zur Erzeugung des korrigierten Stellwertes addiert zu werden.

Die Erfindung schafft ferner ein numerisches Steuersystem, das eine Bearbeitung von Werkstücken mit geringstmögliehen Verlusten ermöglicht, wobei das Antriebsstellsignal des Servosystems durch einen von vornherein zu berücksichtigenden Fehler vorkorrigiert wird. Auf diese Weise werden die inhärenten Eigenschaften des Servosystems kompensiert, so daß das Servosystem von einem korrigierten Stellsignal gesteuert wird.

Die Erfindung ermöglicht eine genaue und wirksame numerische Steuerung einer Werkzeugmaschine, in-dem ein Stellsignal und ein Rückkopplungssignal intermittierend miteinander verglichen werden, um das korrigierte Stellsignal intermittierend zu berechnen.

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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Werkzeugmaschine, bei der die Erfindung zur Anwendung kommen kann,

Fig. 2 zeigt schematisch die Beziehung zwischen einem Schleifrad und einem zu bearbeitenden Zapfenlager,

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Steuersystems,

Fig. 4a und 4b zeigen Übertragungsfunktionen, die in dem Steuersystem der Fig. 3 verwandt werden,

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des Funktionsgenerators für die Nachstell-Befehlsfunktion und des Korrekturfunktionsgenerators,

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer modifizierten Korrektureinrichtung, und

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Schaltung zur Erzeugung der Steuerbefehlswerte.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Werkzeugmaschine zum Schleifen von Zapfenlagern 11 (schraffierte Teile) der Kurbelwelle 10 einer Brennkraftmaschine. Das Hauptlager 12 der Kurbelwelle 10 ist in Spannfutter 13 eingespannt und wird von einer Steuereinheit 14 für die Arbeitsdrehung gedreht. Die Schleifräder 15 sind an Antriebseinheiten 16 angebracht und sie werden von (nicht dargestell- ten) Elektromotoren in den Antriebseinheiten gedreht.

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Diese Antriebseinheiten werden von Servomotoren 17 in Richtung der Y-Achse hin- und herbewegt und durch Verschiebemotoren 19 in Richtung der X-Achse verfahren, um entlang der Werkzeugkontur geführt zu werden.

Fig. 2 zeigt die räumliche Beziehung zwischen einem Schleifrad 15 und dem zu schleifenden Lagerzapfen 11, der mit konstanter Winkelgeschwindigkeiten um den Punkt O₁ gedreht wird. Als Folge hiervon kreist der Lagerzapfen 11 um den Mittelpunkt O₁, wobei stets derselbe Bereich seiner Oberfläche nach außen gerichtet ist. Das Schleifrad 15 rotiert um die Achse O„ und muß so gesteuert werden, daß es stets in Kontakt mit dem Außenumfang des Lagerzapfens 11 bleibt. Zu diesem Zweck muß die Mittelachse 0~ des Schleifrades 15 in Abhängigkeit von der Winkelstellung (Drehwinkel Θ) des Werkstücks 11 bewegt werden. Die Bewegung in Richtung der Y-Achse wird als Funktion Y(t) der Zeit (t) durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Y(t) = E coswt + y(R + L)² - E²sin²o;t (1)

Hierin stellt w die Winkelgeschwindigkeit des Lagerzapfens 11 dar, d.h. <0 = —. L ist der Radius des Schleifrades, R der Radius des Lagerzapfens, und E der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Lagerzapfens 11 und seiner Rotationsachse O₁ .

Wenn das Schleifrad 15 genau nach der in Gleichung (1) ausgedrückten Funktion Y(t) bewegt würde, würde der Lagerzapfen 11 exakt zu einem Kreis mit dem Radius R geschliffen. Die Bewegungsbahn, die der Berührungspunkt zwischen dem Schleifrad und dem Lagerzapfen, d.h. der Arbeitspunkt, beschreibt, ist ein Kreis. Obwohl die Servomotoren 17

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nach der Funktion Y(t) in Abhängigkeit von der Änderung des Drehwinkels θ als Befehlswert angetrieben werden, tritt infolge der durch die Antwort des Servosystems bedingten Zeitverzögerung ein Positionsfehler £ auf. Im einzelnen wird das Servosystem stets in dem Sinne (der Richtung) angetrieben, daß die Differenz zwischen dem von einem Positionsfühler ermittelten Istwert Y (t) der Werkzeugantriebseinheit 16 entlang der Y-Achse und dem Sollwert Y(t) Null wird, jedoch entsteht eine Zeitverzögerung zwischen dem Errechnen des Viertes und dem Absinken der Differenz auf Null. Der durch die Zeitverzögerung verursachte Positionsfehler S erhöht sich mit zunehmender Winkelgeschwindigkeiten, läßt sich jedoch nur dann entsprechend dem Drehwinkel θ bestimmen, wenn die Winkelgeschwindigkeit konstant ist.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Steuereinrichtung, die mit einer Korrektureinrichtung zur Korrektur der Zeitverzögerung ausgestattet ist. Mit dieser Korrektureinrichtung wird der Positionsfehler £ (t) in Abhängigkeit vom Drehwinkel θ vorbestimmt, der Sollwert Y(t) wird durch den Positionsfehler £(t) korrigiert, und der korrigierte Wert Y(t) + £(t) wird als neuer Sollwert für den Antrieb des Servosystems benutzt.

Die Korrektureinrichtung enthält eine Steuereinheit 14 für die Werkstück-Antriebswelle. In dieser Steuereinheit 14 wird die Drehung des Elektromotors 22 über ein Getriebe 23 auf das Futter 13 zur Drehung des Werkstücks übertragen. Der Drehwinkel θ des Werkstücks wird durch einen Winkeldetektor 24 ermittelt, der den Drehwinkel des Futters 13 feststellt. Dem Motor 22 wird über einen Regelverstärker 25 ein Abweichungssignal zugeführt, das der Ab-

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sicr

weichung zwischen dem von einer externen Steuerung gelieferten Drehwinkel-Sollsignal ei und dem Ist-Drehwinkel θ entspricht. Das dem Ist-Drehwinkel θ entsprechende Signal wird dem Funktionsgenerator 31 zur Erzeugung der Stellfunktion für die Supportverschiebung sowie einer Korrektureinrichtung 32 zugeführt, so daß eine korrigierte Positionsbefehlsfunktion Yi(t) erzeugt wird, die einem Servosystem 27 zur Verschiebung des Werkzeugsupports zugeführt wird, das die Werkzeugantriebseinheit (den Werkzeugsupport) 16 über einen Regelverstärker 28, einen Servomotor 17 und ein Getriebe 29 längs der Y-Achse antreibt. Ein Stellungsfühler 30 ermittelt den Istwert Yo(t) des Werkzeugsupports 16 und koppelt diesen auf den Eingang des Regelverstärkers 28 zurück.

Die Verzögerung in dem Servosystem 27 zur Positionierung des Werkzeugsupports erzeugt die oben erläuterten Schwierigkeiten und die Charakteristik dieses Systems wird durch die Übertragungsfunktion ausgedrückt, die

ο ( I+X ο J

in einem Block von Fig. 4a eingetragen ist. In diesem Ausdruck stellt Yi(s) den Eingangs-Sollwert, £(s) die Abweichung, Yo(s) den Ausgangswert K die Gesamtverstärkung des Servosystems, und T dessen Zeitkonstante dar. Die Übertragungsfunktion ist nach ihrer Laplace-Transformation angegeben. Die Gesamt-übertragungsfunktion des in Fig. 4a dargestellten geschlossenen Regelkreises kann angegeben werden als

1 + 2 "f ToS + To²S²

wie in Fig. 4b angegeben ist, wobei f und To Konstante sind, die von dem Verstärkungsfaktor des Regelkreises und dem Trägheitsmoment der Last und des Motors abhängen und

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durch K und T bestimmt werden können.

Der Funktionsgenerator 31 zur Erzeugung der Stellfunktion für die Supportverschiebung und die Korrektureinrichtung 32 erzeugen einen korrigierten Stellwert Yi (t), indem der Fehler £(t) zu dem Stellwert Y(t) hinzuaddiert wird, um den von der Antwortverzögerung des Servosystems verursachten Fehler zu eliminieren. Der Funktionsgenerator zur Erzeugung der Stellfunktion für die Supportverschiebung erzeugt die durch Gleichung (1) ausgedrückte Funktion Y(t) in Abhängigkeit von einem dem Drehwinkel entsprechenden Signal, und die Korrektureinrichtung 32 erzeugt ein Signal, das der Größe des erwarteten Positionsfehlers <S(t) entspricht, in Abhängigkeit von dem Wert des Drehwinkels θ. Es sei nun angenommen, daß cc, R,, E und L Konstante sind, wie oben beschrieben wurde. Die Korrekturfunktion (die Größe des Positionsfehlers) £ (t) wird nun eine Funktion des Drehwinkels θ, so daß die Werte der Funktion S(t) für verschiedene Werte von θ in einem Speicher 34 gespeichert werden können. Der Speicher 34 kann ein programmierbarer Festwertspeicher, ein Speicher mit freiem Zugriff oder ein Kernspeicher sein. Aus diesem Speicher wird das Korrektursignal £(t) entsprechend dem Wert des Drehwinkels θ ausgelesen, indem eine Leseadresse, die dem der Auslesesteuereinheit 33 zugeführten Wert von θ entspricht, angesteuert wird.

Das aus dem Speicher 34 ausgelesene Korrektursignal L (t) wird vom Addierer 35 zu der Stellfunktion Y(t) hinzuaddiert, so daß die korrigierte Stellfunktion Yi(t) entsteht. Die Stellfunktion Yi (t) entspricht daher der Summe der durch Gleichung (1) angegebenen Funktion Y(t) und der erwarteten Fehlergröße £(t). Als Antwort auf die Abwei-

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chung £'_b(t) zwischen der korrigierten Stellfunktion Yi (t) und der rückgekoppelten Funktion Yo(t) treibt das Servosystem 27 den Servomotor 17 an. Das Servosystem 27 antwortet also auf die korrigierte Stellfunktion Yi(t) mit einer Zeitverzögerung, jedoch ist seine Antwortverzögerung gegenüber der Istwert-Stellfunktion Y(t) viel geringer und daher mit einem kleineren Fehler behaftet.

Fig. 5 zeigt eine Modifizierung des Funktionsgenerators 26 zur Erzeugung der Stellfunktion für die Supportver-Schiebung, bei der der Korrektur-Funktionsgenerator 36 einen Computer 37 enthält, dem die von dem Funktionsgenerator 31 gelieferte Stellfunktion Y(t) zugeführt wird. Der Computer 37 verarbeitet die Eingangsfunktion Y(t) im Realzeitbetrieb unter Verwendung der Übertragungsfunktion

1

1 + 2 f ToS + To²S²'

die derjenigen des Servosystems 27 äquivalent ist. Der Computer erzeugt so die Ausgangsfunktion Yo(t), die dem nicht-korrigierten Ausgangssignal des Servosystems 27 äquivalent ist. Auf diese Weise wird die Charakteristik des Servosystems in Realzeit vom Computer 37 simuliert. Die Abweichung zwischen dem Ausgangssignal Yo(t) und dem Eingangssignal Y(t) erhält man durch den Subtrahierer 38, der die Korrekturfunktion £(t) für den erwarteten Fehler erzeugt. Die so erhaltene Funktion £"(t) wird der Stellfunktion Y(t) von einem Addierer 35 in derselben Weise wie oben beschrieben hinzuaddiert. Auf diese Weise erhält man die korrigierte Stellfunktion Yi(t), die dem Servosystem 27 zugeführt wird.

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Bei der oben beschriebenen Korrektureinrichtung wird der Fehler vorbestiirant und entsprechend dem Drehwinkel θ ausgegeben, um den Stellwert zu korrigieren. Bei der modifizierten Ausführungsform gemäß Fig. 6 werden dagegen das korrigierte Stellsignal Yi(t) und der vom Servosystem kommende Rückkopplungswert Yo(t) intermittierend miteinander verglichen, um die Phasenverzögerung -¥ auszurechnen, die für die Korrektur des durch Gleichung (1) ausgedrückten Stellwertes benutzt wird. Hierdurch erhält man den durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückten Korrekturwert

Y'_±(t) = E_cos (cot - V ) + |(R+L² - E² sin(<y ± tf) .. (2)

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 haben die einzelnen Winkelwerte θ vorbestimmte Winkelabstände, und sie lauten beispielsweise 0°, 45°, 90° und 135°. Der Viert θ des Drehwinkels des Spannfutters 13 wird von dem Funktionsgenerator 31 für die Supportverschiebung einer Koinzidenzschaltung 101 zugeführt, und jedesmal wenn der Wert θ mit dem intermittierenden Winkelwert θ übereinstimmt, wird ein Koinzidenzsignal CS erzeugt, das einem Korrekturdiskriminator 102 zugeführt wird. Der Korrekturdiskriminator erkennt und diskriminiert die Phasenverzögerung - j des von dem Servosystem 27 für die Verschiebung des Werkzeugsupports gelieferten Positions-Rückkopplungswerte Yo(t) und gibt die Istposition des Werkzeugsupports 17 auf der Y-Achse in bezug auf das Ausgangssignal Yi(t) des Funktionsgenerators 31 an. Wenn dem Korrekturdiskriminator 102 das Koinzidenzsignal CS von der Koinzidenzschaltung 101 zugeführt wird, ermittelt.die Phasenverzögerung -?

in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen Yi(t) und Yo (t). Diese Phasenverzögerung - ¹Z wird einem Korrektur-

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rechner 103 zugeführt.

Der Korrekturrechner 103 korrigiert das Ausgangssignal Y(t) des Funktionsgenerators 31 für die Supportverschiebung mit der von dem Korrekturdiskriminator 102 ermittelten Phasenverschiebung - *f . Auf diese Weise rechnet der Korrekturrechner 103 den durch Gleichung (2) ausgedrückten Wert Y¹.(t) in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung -*f aus und liefert den Wert Y¹^t) als Stellwert (Befehlswert) an das Servosystem 27 für die Verschiebung des Werkzeugsupports.

Wie oben beschrieben wurde, wird das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 31 für die Werkzeugverstellung jedesmal dann intermittierend korrigiert, wenn der Drehwinkel θ des Futters 13 der Steuereinrichtung 14 für die Werkstückspindel mit einem vorbestimmten Winkel θ übereinstimmt, so daß das Servosystem 27 für die Werkzeugpositionierung von dem Stellwert Y¹.(t) gesteuert wird, der um die Phasenverschiebung -Ψ korrigiert ist. Obwohl das Servosystem 27 für die Verschiebung des Werkzeugsupports mit einer Zeitverzögerung auf den Stellwert Y¹·(t) antwortet, kann es auch mit extrem geringer Antwortverzögerung auf den richtigen Stellwert Yi(t) antworten, der von dem Funktionsgenerator 31 für die Supportverstellung geliefert wird.

Der Stellfunktionsgenerator 31 kann so ausgebildet sein, daß er den Stellbefehl sehr schnell liefert, indem eine Funktionsgleichung in Fourier-Reihen entwickelt wird und die jeweiligen Fourier-Komponenten einzeln berechnet und anschließend addiert werden. Dies ist vorteilhaft für die Regelung.

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Auf diese Weise kann die obige Gleichung (1) in die folgenden Fourier-Reihen entwickelt werden:

Y(t) = E cosüJt + (R+L) (a_Q + a. cos 2Wt + a„

cos 4 cut + a., cos 6 cot + ... +A cos 2n o?t) , (3)

wobei

^{a = 1 (α}* ⁺ h ^A" ^{+ a6 +} >

^{a4 +}

*4 ^A* ⁺ 5T2

Da L^ E ist, geht Aⁿ gegen 0. Da die Fourier-Reihe konvergiert, kann der Stellwert Yo (t) mit einer bestimmten zulässigen Genauigkeit errechnet werden, indem bis zu einer geeigneten η-ten Ordnung gerechnet wird.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung der Stellwerte, die die oben beschriebenen Rechnungen ausführt. Diese Schaltung eignet sich insbesondere für eine Werkzeugmaschine, die die Lagerzapfen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine schleift, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Schaltung kann die Fourier-Komponenten der durch Gleichung (1) ausgedrückten Funktionsgleichung Y(t) bis zur 6. Ordnung ausrechnen, um den Stellwert Y(t) zu bilden. Der Wert E gibt den Drehradius des Lagerzapfens 11 an, der Wert L den Radius des Werkzeugs 15 und der Wert R den Radius des Lagerzapfens. Diese Werte werden dem Rechner 120 zugeführt. Der Rechner 120 errechnet die Werte R+L und A (= ) aus den Werten E,

K + Jj

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- ie -

L und R und führt die Werte R + L und E einem Rechner 121 und den Wert A einem dritten Rechner 122 zu. Der Rechner 122 enthält einen Multiplizierer, der die Werte A , A und A ausrechnet, die dann dem dritten Rechner 123 zugeführt werden, der aus den Werten A , A und A die in den Gleichungen 4, 5, 6 und 7 angegebenen Koiffizienten a , a. ... a ausrechnet und die errechneten Koiffizienten einem vierten Rechner 121 zuführt.

Der die Winkelgeschwindigkeit des Lagerzapfens angeben-0 de Wert Co und der Korrekturwert ¹Z werden einem fünften Rechnung 124 zugeführt. Der Korrekturwert y dient zur Korrektur der Zeitverzögerung in dem Werkzeug-Antriebssystem 27, wie nachfolgend noch erläutert wird. Dem Rechner 124 wird ferner ein Impulstakt C zugeführt, der zur Synchronisierung der Steuereinheit für die Werkzeugspindel (Fig. 1) mit der Drehung des Lagerzapfens 11 dient. Als Antwort auf Cj , ψ und das Taktsignal C errechnet der Rechnung 124 die Werte von (cot +\P ) _t 2 {cot. +^P), 4 (ω t +^) und 6 (cut +ψ) synchron mit der Drehung des Lagerzapfens, und diese Werte werden vorübergehend in Registern 125 bis 128 gespeichert und dann einem Multiplexer 129 zugeführt, der die vorübergehend in den jeweiligen Registern gespeicherten Werte sequentiell selektiert und sie über eine Torschaltung 130 einem Cosinus-Funktionsspeicher 131 zuführt. Der Cosinus-Funktionsspeicher 131 besteht beispielsweise aus einem Festwertspeicher, in dem für jede Eingangsadresse der entsprechende Cosinuswert gespeichert ist. Auf diese Weise werden die Cosinusfunktionen cos (ot + </), cos 2(a?t +\P), cos 4(G/t +\f) und cos 6 {co t +^f) sequentiell aus dem Cosinus-Funktionsspeicher 231 ausgelesen, und zwar entsprechend den jeweiligen Eingangs Signalen (wt +if), 2(^t+¹/), 4(Wt +!/) und

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6(uJ t +τ ). Diese ausgelesenen Werte werden über ein Ausleseregister 132 einem Multiplexer 133 zugeführt. Der Multiplexer 133 setzt diese seriell ausgelesenen Werte in Parallelwerte um, die dem Rechner 121 zugeführt werden.

Der Rechner 121 erzeugt Signale (R + L) a_O/ E cos (cot +ψ), (R + Da₁ cos 2 (cu t +ψ ) , (R + L) a₂ cos 4 (<x> t + ψ ) , und (R + L) a~ cos 6 ( c^t +Ψ), die jeweils die Fourier-Komponenten der in Gleichung (3) angegebenen Fourier-Reihe bilden. Die Vierte E und R + L werden dem Rechner 23 vom Rechner 20 zugeführt, die Werte a„, a. , a₂ und a_. werden vom Rechner 23 zugeführt und die Werte cos iupt +y), cos2 (^t + ^), cos 4(&?t +^) und cos 6(<tii-$) werden vom Multiplexer 133 geliefert. Die Ausgangssignale des Rechners 121 werden von dem Addierer 134 zusammenaddiert, um den Wert Yi (t) = E cos (<y t +^) + (R + L) a_Q + (R + 1) a₁ cos 2(ωί+^) + (R + L) a₉ cos 4(<öt+^) + (R + L) a^ cos 6 (cot+ y ) zu erzeugen. Dieser Wert wird dem Werkzeugantriebssystem 142 als Stellbefehl zugeführt.

Eines der Ausgangssignale des Rechners 121, beispielsweise der Wert (R +L) a₂/ der den Gleichstromanteil darstellt, wird dem Addierer 134 über einen Addierer 135 zugeführt, um eine manuelle Korrektur und einen Additionsbefehl ausführen zu können.

Wenn ein Additionsbefehl nicht vorliegt, wird ein solcher Stellwert gegeben, daß das Werkzeug nicht in Kontakt mit dem Werkstück kommt und nach Erhalt der Information, daß Werkstück und Werkzeug tatsächlich Bewegungen ausführen, wird dem ursprünglichen Stellwert ein zusätzlicher Stellwert hinzugefügt, um den Schneidvorgang auszuführen. Durch

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diese Anordnung wird eine Beschädigung des Werkstücks, die bei Ausführung des Schneidvorganges während eines Testantriebs auftreten könnte, vermieden.

Dem Addierer 135 wird ein manuell eingegebener Korrekturwert S₁ zugeführt, während ein voreingestellter zusätzlicher Stellwert S- dem Addierer 135 über eine von dem Zusatzstellsignal OS zu öffnende Torschaltung 136 zugeführt wird. Wenn eine manuelle Korrektur erforderlich ist, wird der Korrekturwert S₁ dem Ausgangssignal des Rechners 21 zugeführt, wogegen beim Anlegen der Zusatzinstruktion OS die Torschaltung 136 geöffnet wird, um den voreingestellten Zusatzwert S₂ dem Ausgangswert des Rechners 121 hinzuzuaddieren.

Wie oben beschrieben wurde, wird ein Stellbefehl Yi(t) entsprechend einer durch Gleichung (1) ausgedrückten Funktionsgleichung Y(t) gebildet und dem Werkzeugantriebssystem 142 zugeführt.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 arbeitet folgendermaßen: Es sei angenommen, daß der Korrekturwert ψ ' = 0 dem Rechner 124 zugeführt wird, und daß der Stellwert Yi(t) mit dem Taktsignal C ausgerechnet wird. Der Ausgangswert ωt des Rechners 124 wird der Koinzidenzschaltung 137 zugeführt. Dieser Ausgangswert stellt den Drehwinkel θ =«ot des Lagerzapfens 11 dar und der Koinzidenzschaltung 104 werden intermittierend die einzelnen Winkelwerte Q_n zugeführt (n = 1, 2 ... n, so daß θ beispielsweise die Werte 0°, 45°, 90°, 135° und 180° annehmen kann). Jedesmal, wenn das Signal CJt mit dem Signal θ übereinstimmt, legt die Koinzidenzschaltung 104 ein Koinzidenzsignal an das Register 106. Da dem Register 106 der Ausgangswert Yi(t)

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des Addierers 134 zugeführt wird, wird das Koinzidenzsignal mit einem Einschreibtakt erzeugt. Im einzelnen wird in das Register 106 der Wert Yi(t) jedesmal dann eingeschrieben, wenn der Wertest mit dem zuvor festgelegten Winkel θ übereinstimmt. Die in das Register 106 eingeschriebenen Werte werden dem Speicher 107 zugeführt und dort sequentiell gespeichert. Auf diese Weise wird zu jedem vorbestimmten Winkel θ in einer Periode der Wert Yi(t) gespeichert.

Wenn der Stellwert Yi(t) dem Werkzeug-Servosystem 22 zugeführt wird, arbeitet dieses, wodurch ein Rückkopplungssignal erzeugt wird, das dem Diskriminator 105 zugeführt wird. Die Koinzidenzschaltung 104 erzeugt jedesmal dann ein Koinzidenzsignal, wenn der von dem Rechner 124 erzeugte Wertet mit dem Wert θ übereinstimmt. Dieses Koinzidenzsignal wird der Speicherschaltung 107 zugeführt, aus der daraufhin entsprechend dem in der Speicherschaltung 107 gespeicherten Viert θ ein Wert Yi (t) ausgelesen wird. Der ausgelesene Wert Yi (t) wird über das Register 108 einem Diskriminator 105 zugeführt. Der Diskriminator 105 vergleicht die Phasen des Wertes Yi(t) und des Rückkopplungswertes Yo(t) und liefert als Korrekturwert einen Wert ψ', der die Phasenverschiebung kennzeichnet, an den Rechner 124. Auf diese Weise wird der Stellwert Yi(t) nach Korrektür des Phasenwinkels aufcot+f zu Yi¹ (t) geändert, wodurch die Zeitverzögerung des Werkzeugantriebssystems 142 korrigiert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein der Phasenverzögerung des Werkzeugantriebssystems angenäherter Korrekturwert ψ im Rechner vorhanden. Der Ausgangswert des Diskriminators 40 wird daher zu "f' - |/ , was einen sehr kleinen Viert ergibt.

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Claims

Ansprüche

1. Numerisches Steuersystem für eine Werkzeugmaschine, bei welcher ein Servosystem für den Antrieb eines Werkzeuges, Schlittens oder dgl. von einem Stellsignal gesteuert wird, das entsprechend einer vorbestimmten Funktionsgleichung erzeugt wird, mit einem Funktionsgenerator, der in Abhängigkeit von einer gemessenen Eingangsgröße nach einer vorgegebenen Funktion ein den Stellwert bildendes Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Korrektureinrichtung vorgesehen ist, die einen dem Phasenverzögerungswinkel des Servoantriebssystems für eine Arbeitsspindel entsprechenden Korrekturwert (e(t)) erzeugt, der zur Korrektur des durch die Funktionsgleichung angegebenen Stellwertes (Y(t)) benutzt wird.

2. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (32) einen Speicher (34) enthält, in dem zahlreiche Korrekturwerte vorgespeichert sind, und daß der Speicher (34) von einer Ausleseeinrichtung (33) gesteuert wird, die das Auslesen der Inhalte der Speicheradressen des Speichers (34) in

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Abhängigkeit von dem jeweiligen Drehwinkel (Θ)des Werkstücks bewirkt.

3. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (35) vorgesehen ist, der den Korrekturwert (£(t)) zu dem durch die Funktionsgleichung ermittelten Stellwert (Y(t)) hinzuaddiert.

4. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (36) einen Rechner (37) enthält, in dem die übertragungsfunktionen des Servosystems rechnerisch nachgebildet sind, und daß in einer Subtrahiereinrichtung (38) der Ausgangswert (Y (t)) des Rechners (37) von dem errechneten Stellwert (Y(t)) subtrahiert wird.

5. Numerisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen Komparator enthält, der das von dem Servosystem kommende Rückkopplungssignal mit dem Stellwert vergleicht und ein Signal (*P*) erzeugt, das die Phasenverschiebung des Stellsignals gegenüber dem Rückkopplungssignal angibt, und daß eine den Komparator intermittierend in Funktion setzende Schaltung (104 bis 108) vorgesehen ist.

6. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für den intermittierenden Betrieb des Komparators eine Stellvorrichtung enthält, an der mindestens ein Drehwinkel einer Bezugswelle einstellbar ist, sowie eine Einrichtung, die nur dann ein Signal für den Betrieb des Komparators erzeugt, wenn der Drehwinkel des Bezugssignals mit dem voreingestellten Winkel

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übereinstimmt.

7. Numerisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator zur Erzeugung des Stellwertes eine Einrichtung zur Zerlegung der Funktionsgleichung in mehrere Fourier-Komponenten, eine Einrichtung zur unabhängigen Berechnung der einzelnen Komponenten sowie eine Einrichtung zum Addieren sämtlicher Komponenten enthält.

8. Numerisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem die Position eines Werkzeugs zur Bearbeitung der Lagerzapfen von Kurbelwellen steuert, und daß der Stellwert durch die folgende Funktionsgleichung ausgedrückt ist:

Y(t) = E cosojt + y (R+L)² - E² sin²o;t,

wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Lagerzapfens,

L der Werkzeugradius, R der Radius des Lagerzapfens und E der Abstand zwischen der Mittelachse des Lagerzapfens und des Rotationsmittelpunktes der Kurbelwelle ist.

0 ^ci ?n R / 0 7 9 7