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Die vorliegende Erfindung betrifft ein anpassungsfähiges numerisches Steuersystem für eine Drehmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Bei numerischen Steuersystemen für Drehmaschinen werden die Vorschubdaten und die Schnittgeschwindigkeitsdaten üblicherweise durch einen Programmierer auf der Basis des maschinell zu bearbeitenden Materials und der Art des Werkzeugs für jede Operation vorher festgelegt. Problematisch bei diesen Systemen ist es, daß unvorhergesehene Veränderungen der Schneidbedingungen bei der Bearbeitung des Werkstücks praktisch nicht mehr berücksichtigt werden können.
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Mit dem aus der US-PS 37 84 798 bekannten gattungsgemäßen Steuersystem lassen sich auch unvorhergesehene Veränderungen bei den Schneidbedingungen berücksichtigen. Das Steuersystem stellt Schnittgeschwindigkeit und Vorschubrate auf zulässige Werte innerhalb eines abgespeicherten technologischen Bereichs ein, die nach Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit bestimmt sind. Da jedoch die Motorleistung nicht mit in die Optimierung der Schneidbedingungen einbezogen ist, ist nicht auszuschließen, daß dieser Elektromotor außerhalb seines optimalen Arbeitsbereichs betrieben wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Steuersystem für eine Drehmaschine zu schaffen, bei dem die Leistung des Elektromotors für die Werkstückspindel bei der Optimierung des Betriebs der Drehmaschine mitberücksichtigt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Kern der Erfindung besteht also darin, als Drehantrieb für die Werkstückspindel einen Gleichstrommotor zu wählen und in den Optimierungszyklus des Steuersystems den Strommaximalwert dieses Gleichstrommotors sowie dessen Typenpunkt miteinzubeziehen, der als charakteristische Motordrehzahl definiert ist, unterhalb der das Motordrehmoment und oberhalb der die Motorleistung konstant ist. Um eine stabile Einpegelung der Drehmaschine auf den vorbestimmten optimalen Arbeitspunkt zu gewährleisten, sind Toleranzbänder vorgesehen für die Grenzwerte des technologischen Bereichs, die charakteristische Drehzahl und den Strommaximalwert.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgedankens näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen numerischen Steuersystems,
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Fig. 2 ein Diagramm des technologischen Bereiches, in dem die anpassungsfähige Steuerung wirkt,
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Fig. 3 bis 5 Flußdiagramme des Betriebs des Systems und
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Fig. 6 ein Diagramm des Betriebs des Spindelmotors.
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Das anpassungsfähige Steuersystem weist im wesentlichen eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Verarbeitungseinheit auf, die die Information aus einem Bandleser 11 über eine Schnittstelle 12 und einen ersten Bus 13 empfängt, wobei das Programm zur maschinellen Bearbeitung auf dem Band aufgezeichnet ist. Dieser Bus ist über eine Schnittstelle 14 mit einem zweiten Bus 16 verbunden, auf dem die von der Einheit 10 verarbeiteten Kommandos ankommen. Diese Kommandos steuern über einen Digital/Analog-Umsetzer 17 eine Gruppe von Servosteuerungen 18 zum Betätigen der Achsen der Maschine, d. h. zum Bewirken der Relativbewegungen des Werkstücks mit Bezug auf das Werkzeug. Mit dem Bus 13 ist außerdem eine Schnittstelle 19 für die automatische, parallele Ein- und Ausgabe von Daten, die aus peripheren Eingabeeinheiten kommen, von denen angenommen wird, daß sie beispielsweise zur Magnetaufzeichnungsart gehören, verbunden.
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Die zentrale Verarbeitungseinheit 10 weist zwei getrennte Prozessoren CPU 21 und CPU 22 auf, die mittels des Busses 13 miteinander verbunden sind. Die beiden Prozessoren CPU 21 und CPU 22 können über den Bus 13 einen Zugriff auf einen Festspeicher ROM 23, der im wesentlichen die das System steuernden Mikroprogramme enthält, und auf einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 24 ausführen. In diesem werden von Zeit zu Zeit die Daten gespeichert, die zum Bestimmen der Interpolationsinkremente der numerischen Steuerung zwischen zwei Positionen, die durch das von dem Bandleser 11 gelesene Programm vorgesehen werden, vorher festgelegt wurden. Diese Inkremente sind eine Funktion der Art des Werkzeugs und des maschinell zu bearbeitenden Materials. Der Prozessor CPU 22 wird außerdem von einem Festspeicher ROM 26 gesteuert, der die Rechenroutine und die Routinen anderer Elementaroperationen des Prozessors CPU 22 enthält. Der Prozessor CPU 21 gehört zur mikroprogrammierten Art mit von 1 bis 3 Bytes gebildeten Befehlen; aus diesem Grund ist er verhältnismäßig langsam und wird zum Steuern des Sortierens der Daten und der Logik der Entwicklung der Operationen und zum Koordinieren sämtlicher Funktionen der peripheren Einheiten verwendet, während der Prozessor CPU 22 ebenfalls mikroprogrammiert ist und 64-Bit-Mikrobefehle verwendet; aus diesem Grund ist er verhältnismäßig schnell und wird für algebraische und trigonometrische Rechen- und schnelle Logikoperationen verwendet.
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Das vorstehend beschriebene numerische Steuersystem wird zur Steuerung einer Drehmaschine verwendet. Zu diesem Zweck weist die Gruppe von Servosteuerungen 18 eine Servosteuerung 28 zum Bestimmen des Drehdurchmessers und eine Servosteuerung 29 für einen Elektromotor 129 auf, die den Vorschub F des Werkzeugschlittens 130 entlang der Achse der Drehmaschine befehlen kann. Eine weitere, ebenfalls mit dem Umsetzer 17 verbundene Servosteuerung 30 dient zum Bestimmen der Umlaufgeschwindigkeit eines Elektromotors 25 zum Betätigen der Arbeitsspindel. Zu diesem Zweck bestimmt die Schaltung 30 den auf eine Erregerschaltung 31 für den Spindelmotor 25 zu schickenden Strom, während in einer Ankerschaltung 32 ein entsprechender Strom und daher eine entsprechende Leistung verbraucht wird.
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Das anpassungsfähige Steuersystem weist eine Schaltung 33 zum Erfühlen oder Lesen des von der Ankerschaltung 32 des Spindelmotors verbrauchten Stroms auf. Die Schaltung 33 wird im wesentlichen von einem Shunt 34 gebildet, der mit der Ankerschaltung 32 in Reihe geschaltet ist und ein elektrisches Signal geben kann, das proportional dem Ankerstrom ist. Dieses Signal wird dann von einem Gleichrichter 35 gleichgerichtet und von einer an sich bekannten Tiefpaßschaltung 36 gefiltert. Das System weist außerdem eine Zeitgeberschaltung 40 auf, die durch Signale T 1 die Zeitgebung für das Sampling der auf den Umsetzer 17 zu schickenden Kommandos, beispielsweise für eine Sampling-Frequenz von 200 Hz, befehlen kann. Die Schaltung 40 kann außerdem mittels Signalen T 2 von beispielsweise 3 Hz eine Zeitgebung für die Anpassungsoperationen befehlen, wodurch ein Zyklus bestimmt wird, der im folgenden Optimierungszyklus genannt und der periodisch nach einer vorher festgesetzten ganzen Zahl von Samplings bewirkt wird.
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Das anpassungsfähige Steuersystem weist außerdem einen Vorschubsensor auf, der von dem gewöhnlichen Tachometer 131 der Rückkoppelungsschaltung der numerischen Steuerung gebildet wird. Die von dem Tachometer 131 gelesenen Werte werden bei jedem Signal T 2 für die Anpassungsoperationen auf den Umsetzer 37 geschickt. Ein weiteres Tachometer 42 kann die Anzahl der Umdrehungen n des Motors 25 ermitteln, die der Steuereinheit 10 über den Umsetzer 37 mitgeteilt wird. Mittels des Prozessors CPU 21 kann die Steuereinheit 10 daher die Schnittgeschwindigkeit S auf der Basis der Eigenschaften der Maschine und des Durchmessers des Werkstücks und den Vorschub pro Umdrehung M auf der Basis des Vorschubs F errechnen. Diese Daten werden in numerischer Form in geeigneten Registern des Speichers mit wahlfreiem Zugriff RAM 24 gespeichert.
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Unter Steuerung des Signals T 2 wird das Ausgangssignal der Schaltung 33 auf den Analog/Digital-Umsetzer 37 geschickt, dessen numerische Ausgangsinformation über eine weitere parallele Schnittstelle 38 auf den Bus 13 geschickt wird. Diese Information wird daher der Verarbeitungseinheit 10 mitgeteilt. Außerdem wird das Ausgangssignal aus der Schaltung 33 auf eine Schaltung 20 zum Steuern des Schnitts-in-Luft geschickt, die eine Vergleichsschaltung 39 aufweist, mit der eine Rechenschaltung 41 verbunden ist. Diese kann als Funktion der tatsächlichen, vom Tachometer 42 ermittelten Geschwindigkeit des Motors den geschätzten maximalen Ankerstrom zum Drehen der Spindel errechnen, wenn das Werkstück vom Werkzeug nicht angegriffen wird, d. h. wenn das Werkzeug auf einen Luftspalt im Werkstück trifft, was nachstehend Schnitt-in-Luft genannt wird. Die Vergleichsschaltung 39 kann ein Signal AB erzeugen, wenn der verbrauchte Strom geringer als der von der Schaltung 41 errechnete ist, d. h. wenn die Bedingung des Schnittes-in-Luft erreicht ist, während sie das Signal &udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;@kAB@n&udf53;lu&udf54; unter der Bedingung erzeugt, wo der Schnitt auf dem Material ausgeführt wird. Die Signale AB und &udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;@kAB@n&udf53;lu&udf54; werden unter Zwischenwirkung einer weiteren Schnittstelle 43 auf den Bus 16 übertragen, so daß das Ergebnis des Vergleichs der Verarbeitungseinheit 10 ebenfalls mitgeteilt wird. Der Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 24 weist eine Zone 60 auf, die mit einer Reihe von Rechenregistern versehen ist, welche für den Datenaustausch zwischen den Prozessoren CPU 21 und CPU 22 und den anderen Einheiten des Systems verwendet werden. In der Zone 60 sind drei Register 61, 62, 63 vorgesehen, die den Wert der Daten zum Befehlen der Betätigung der Achsen 28 und 29 und der des Spindelmotors 25 einschließlich der Korrekturen der anpassungsfähigen Steuerung empfangen und speichern können, wie nachstehend ersichtlich wird. Diese Korrekturen werden vom Prozessor CPU 22 unter Steuerung der Interpolationsprogramme errechnet, die derart abgeändert werden, daß diese Korrekturen erkannt werden. Die erfindungsgemäße anpassungsfähige Steuerung hat den Zweck, eine maximale Verringerung der Zeiten zur maschinellen Bearbeitung und eine maximale Lebensdauer des Werkzeugs zu erreichen, wodurch eine Optimierung der Kosten zur maschinellen Bearbeitung erhalten wird. Bekanntlich gibt es für jedes Werkzeug eine theoretische Schnittbedingung, die auf der Basis des Materials als optimal angesehen wird. Diese Bedingung wird durch eine theoretische Schnittgeschwindigkeit und einen theoretischen Vorschub bestimmt. Durch graphische Aufzeichnung der Schnittgeschwindigkeit S als Abszisse und des Vorschubs F als Ordinate auf einem kartesischen Diagramm (Fig. 2) wird dieser theoretische Punkt mit Pt bezeichnet und entspricht der Schnittgeschwindigkeit St und dem Vorschub Ft.
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Der technologische Bereich der Maschine kann um den Punkt Pt herum als von der Maschine auf der Basis ihrer Konstruktion, der Stärke der Materialien, der Art des Werkzeugs und des maschinell zu bearbeitenden Materials verwendbarer Bereich bestimmt werden, in dem die Lebensdauer des Werkzeugs maximal ist. Der technologische Bereich wird daher von zwei senkrechten Seiten 44 und 45 begrenzt, die die minimale Schnittgeschwindigkeit S&sub1; und die maximale Schnittgeschwindigkeit S&sub2; angeben, welche durch Multiplizieren der theoretischen Geschwindigkeit St mit zwei entsprechenden Faktoren K 1 und K 2 erhalten werden. Der technologische Bereich wird außerdem von zwei waagerechten Seiten 46 und 47 begrenzt, die den minimalen Vorschub F 1 und den maximalen Vorschub F 2 des Werkzeugs angeben, welche ebenfalls durch Multiplizieren des theoretischen Vorschubs Ft mit zwei entsprechenden Faktoren K 3 und K 4 erhalten werden. Schließlich wird der technologische Bereich der Maschine von zwei Seiten M 1 und M 2 begrenzt, die auf zwei durch den Nullpunkt laufenden Geraden angeordnet sind, welche jeweils den minimalen und den maximalen Vorschub angeben, der für das Werkzeug für jede Umdrehung der Spindel möglich ist, und ebenfalls als Funktion des Punktes Pt errechnet werden. Insbesondere werden M 1 und M 2 durch Multiplizieren des theoretischen Vorschubes pro Umdrehung Mt mit zwei weiteren Faktoren K 5 und K 6 erhalten. Der Wert der verschiedenen, den technologischen Bereich bestimmenden Faktoren K 1 bis K 6 wird von dem Programm auf der Bandeinheit 11 gegeben.
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Bekanntlich verbraucht der Motor 25 (Fig. 1) für jede Betriebsbedingung der Maschine eine entsprechende Leistung. Bei konstant gehaltenem Vorschub und mit n bezeichneter Anzahl der Umdrehungen des Motors ist bekannt, daß unter einer vorher festgelegten charakteristischen Anzahl von Umdrehungen nc der Motor 25 mit einem konstanten Drehmoment arbeitet. Die verbrauchte Leistung ist dann im wesentlichen proportional der Geschwindigkeit und daher in dem kartesischen Schaubild n, W in Fig. 6 durch eine durch den Nullpunkt laufende geneigte Gerade 50 dargestellt. Über der nc entsprechenden Geschwindigkeit arbeitet der Motor 25 andererseits mit konstanter Leistung W, die durch eine waagerechte Gerade 51 dargestellt ist. Der dem maximalen Drehmoment entsprechende Strom I max und die Geschwindigkeit nc werden in Firmware im Festspeicher ROM 26 aufgezeichnet. Der Operator kann jedoch als Funktion des ausgewählten Werkzeugs oder Materials Ankerstromwerte auswählen, die niedriger als das Maximum sind, und den benötigten Wert in Prozenten des Maximalstroms auf dem Band 11 aufzeichnen.
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Durch Ansetzen eines vorher festgelegten Leistungswertes W an die sich erhöhende Schnittgeschwindigkeit S muß der Vorschub F abnehmen. Auf diese Weise wird in dem Schaubild der Fig. 2 eine Reihe von Kurven gleicher Leistung W 1, W 2 . . . W max und daher auch konstanten Stroms I 1, I 2 . . . I max dargestellt. In dem gleichen Schaubild ist ein Satz von Kurven gleichen Drehmoments T 1, T 2 . . . T max dargestellt, das vom Motor absorbiert wird. Der optimale Punkt Pc für das Arbeiten liegt im Schnittpunkt der Kurve der optimalen Leistung mit der Kurve des optimalen Drehmoments.
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Falls die optimale Leistung und das optimale Drehmoment dem gleichen Prozentanteil der maximalen Leistung W max und des maximalen Drehmoments T max entsprechen, die an den Motor geliefert werden können, wird die Anzahl der Umdrehungen nc eine charakteristische Konstante des Motors. In Fig. 2 liegt der Punkt Pc im Schnittpunkt der Kurven T 2 und W 2, wobei der im ROM 26 aufgezeichnete Höchststrom I max der des Motors im Falle der Kurven T 2, W 2 ist.
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Üblicherweise befindet sich der Punkt Pc, wie in Fig. 2 angegeben, innerhalb des technologischen Bereiches, so daß durch Arbeiten am Punkt Pc eine Optimierung der Betriebsbedingungen des Motors und eine zufriedenstellende Lebensdauer des Werkzeugs erhalten werden. Dieser Punkt kann sich jedoch auch außerhalb dieses Bereiches befinden, was vom Durchmesser des Werkstücks und anderen Faktoren abhängt.
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Die anpassungsfähige Steuereinheit der Erfindung hat den Zweck, die die Schnittbedingungen bestimmenden Parameter, d. h. die Vorschubrate und die Anzahl der Umdrehungen des Motors 25, derart zu verändern, daß sie immer auf den optimalen Punkt Pc zu tendieren und deshalb den Fehler zwischen dieser Bedingung und der tatsächlichen Arbeitsbedingung abschwächen. Zu diesem Zweck sei zunächst angenommen, daß der der maximalen Leistung entsprechende Punkt Pc sich innerhalb des technologischen Bereiches befindet. Bei jedem Optimierungszyklus wird zunächst festgestellt, ob der wirksame Arbeitspunkt sich in diesem Moment innerhalb oder außerhalb des technologischen Bereiches befindet. Wenn er sich außerhalb desselben befindet, wird zunächst eine Veränderung oder Anpassung des Programms bewirkt, um den Arbeitspunkt innerhalb des technologischen Bereiches zu verbringen, und danach wird eine Reihe von Veränderungen vorgenommen derart, daß der Arbeitspunkt auf den optimalen Punkt Pc zu verbracht wird. Diese Veränderungen werden bei jedem Korrekturzyklus sämtlich durch Erhöhen oder Vermindern der vom Prozessor CPU 22 durch Interpolation gegebenen theoretischen Werte oder durch das Programm aus vorher festgelegten Inkrementen bewirkt, die in dem Festspeicher ROM 26 (Fig. 1) aufgezeichnet sind.
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Insbesondere wird die für die auszuführende Operation notwendige Information einschließlich der theoretischen Schnittbedingungen St, Ft und der sich auf den technologischen Bereich beziehenden Faktoren K 1 bis K 6 mittels der Bandeinheit 11 an die Steuereinheit geliefert. Die adaptive Steuerung wird über eine Tastatureingabeeinheit 52 und eine Schnittstelle 53 ermöglicht und über ein sich im Festspeicher ROM 23 befindliches Programm ausgeführt. Dann aktiviert der Prozessor CPU 21 die Leseschaltung 33, die den Strom I der Ankerschaltung 32 des Spindelmotors 25 fortgesetzt liest. Die Programmierung ist so gehalten, daß zu Beginn das Werkzeug das Werkstück nicht angreift. Daher sendet die Vergleichsschaltung 39 das Signal AB aus, das dem Prozessor CPU 22 eine derartige Bedingung auferlegt, daß eine entsprechende Routine des Schnittes-in-Luft ausgewählt wird, die in Firmware im Festspeicher ROM 26 aufgezeichnet ist. Diese Firmware schließt den für den Schnitt-in-Luft vorgesehenen Wert des schnellen Vorschubs ein.
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Insbesondere wird bei jedem Optimierungszyklus jetzt eine Prüfung 64 (Fig. 3) auf dem aus der Vergleichsschaltung 39 stammenden Signal AB des Schnittes-in-Luft durchgeführt. Wenn das Ergebnis der Prüfung positiv ist, legt das Signal AB dem Prozessor CPU 22 eine derartige Bedingung auf, daß über die Busse 13 und 16 der für den Schnitt-in-Luft vorgesehene und im Festspeicher ROM 26 aufgezeichnete Wert an die Vorschubschaltung 29 für das Werkzeug geliefert wird (Block 66 in Fig. 3), während die Kommandoroutine zum Ausführen des Schnitts auf dem Material gesperrt wird (Block 67). Während des Schnitts-in-Luft bleibt die Schnittgeschwindigkeit die theoretische Geschwindigkeit St.
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Wenn andererseits das Ergebnis der Prüfung 64 negativ ist, legt das Signal &udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;@kAB@n&udf53;lu&udf54; dem Prozessor CPU 22 eine derartige Bedingung auf (Fig. 1), daß der theoretische Vorschub Ft auf dem Material in die Schaltung 29 gezwungen wird (Block 68). Dann wird einer Schaltung des Prozessors CPU 22 eine derartige Bedingung auferlegt, daß ein vielfaches Erfühlen der den Vorschub des Werkzeuges befehlenden Einrichtungen gesteuert wird, um zu prüfen, ob der Angriffsvorschub unwiderruflich erreicht ist (Block 69). Danach wird die Ausführung des wirklichen und eigentlichen Optimierungsprogramms für den auf dem Material ausgeführten Schnitt ermöglicht (Block 71).
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Die Schnittgeschwindigkeit beim Angreifen des Materials kann so bemessen sein, daß der im Diagramm von Fig. 2 gezeigte Arbeitspunkt der Drehmaschine an jedem Punkt P außerhalb des technologischen Bereichs liegt. Um diesen Punkt in den technologischen Bereich zurückzuverbringen, wird zunächst eine in Fig. 4 veranschaulichte Routine für den Wiedereintritt in den Bereich ausgeführt. Diese beginnt mit einer Prüfung 72, um festzustellen, ob die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit größer als die minimale Geschwindigkeit S&sub1; ist. Im negativen Fall, beispielsweise dann, wenn die Drehmaschine aus dem Stillstand heraus zu arbeiten beginnt oder abgeschaltet worden war, wird die Schnittgeschwindigkeit erhöht (Operation 73), was zur Folge hat, daß der Punkt P (Fig. 2) sich in Richtung des Pfeils 74 verschiebt. Im positiven Fall wird eine weitere Prüfung 76 (Fig. 4) durchgeführt, um festzustellen, ob diese Geschwindigkeit unter der maximalen Geschwindigkeit S&sub2; liegt. Im negativen Fall wird die Schnittgeschwindigkeit jetzt vermindert (Operation 77), was zur Folge hat, daß der Punkt P (Fig. 2) sich in Richtung des Pfeils 78 verschiebt.
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Danach werden, sei es, wenn, was am häufigsten vorkommt, die Prüfung positiv ausgefallen ist, oder im Anschluß an die Operationen 73 und 77, zwei Prüfungen 79 und 81 ausgeführt, um festzustellen, ob der Vorschub F größer als der minimale Vorschub F 1 und kleiner als der maximale Vorschub F 2 ist. Ein negatives Ergebnis von einer der beiden Prüfungen 79 und 81 hat eine Operation 82 bzw. 83 zur Folge, um den Vorschub zu vergrößern bzw. zu vermindern, was zur Folge hat, daß sich der Punkt P in Richtung der Pfeile 84 bzw. 86 (Fig. 2) verschiebt. Die vorstehend angeführten Operationen bewirken daher ein Wiedereintreten des Punktes P in die äußere Begrenzung des Rechtecks des Diagramms, das S 1, S 2, F 1, F 2 als Koordinaten aufweist. Sowohl nach den Operationen 82 und 83 (Fig. 4) als auch bei einem positiven Ausgang der Prüfung 81 werden zwei weitere Prüfungen 87 und 88 durchgeführt, um festzustellen, ob der Vorschub pro Umdrehung M der Spindel über dem Minimum M&sub1; und unter dem Maximum M&sub2; liegt. Wenn M<M&sub1; ist, wird eine Operation 89 bewirkt, die ein Anwachsen des Vorschubs F mit sich bringt, was zur Folge hat, daß der Punkt P sich in Richtung des Pfeils 91 (Fig. 2) verschiebt. Wenn andererseits M>M&sub2; ist, wird eine Operation 92 bewirkt, die ein Abnehmen (Pfeil 93) der Vorschubrate F mit sich bringt.
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Die Operationen 89 und 92 verbringen jetzt den Punkt P auf die äußere Begrenzung des technologischen Bereiches. Wenn das Ergebnis der Prüfungen 76, 81 und 88 positiv ist, so bedeutet dies, daß der Punkt P sich innerhalb des technologischen Bereiches befindet. In jedem Fall beginnt jetzt eine Routine des Suchens nach dem optimalen Punkt innerhalb des Bereichs, wobei diese Routine allgemein durch den Block 94 in Fig. 4 angedeutet ist. Die Routine in Fig. 4 verbringt, kurz gesagt, den Punkt P daher auf die äußere Begrenzung des technologischen Bereichs, wenn er sich nicht bereits innerhalb desselben befindet, wonach die Routine 94 freigegeben wird.
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Zur Ausführung dieser Routine wird auf der äußeren Begrenzung des technologischen Bereichs (Fig. 2) ein Band f bestimmt, durch das ein Toleranzbereich angegeben wird, innerhalb dessen die betreffenden Schnittgeschwindigkeits- und Vorschubwerte annehmbar sind. Auf diese Weise ist die Steuerung stabiler und schwankt nicht ständig um den theoretischen Wert. Auf ähnliche Weise wird ein weiteres Band fc zur Rechten und zur Linken der charakteristischen Anzahl von Umdrehungen nc und ein Band fI unterhalb des maximalen Stroms I max und daher unterhalb der sachbezogenen Leistung W bestimmt. Diese Bänder fI und fc und die charakteristische Anzahl von Umdrehungen nc werden in Firmware im Festspeicher ROM 26 aufgezeichnet und bei der Steuerung des Prozessors CPU 22 auf die nachstehend beschriebene Weise berücksichtigt.
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Die Routine 94 beginnt mit einer Prüfung 95 (Fig. 5), um festzustellen, ob der Strom der Ankerschaltung 32 des Motors 25, der von der Leseschaltung 33 gelesen wird, in diesem Moment größer ist als der maximale Ankerstrom I max , der vom Festspeicher ROM 26 gegeben wird. Im positiven Fall wird eine weitere Prüfung 96 ausgeführt, um festzustellen, ob die Anzahl der Umdrehungen n des Motors 25 größer als die Anzahl nc, erhöht durch das Band fc, ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung 96 ebenfalls positiv ist, wird eine dritte Prüfung 97 ausgeführt, um festzustellen, ob die Schnittgeschwindigkeit S größer als die minimale Geschwindigkeit S 1, erhöht durch das Band f, ist. Wenn diese Prüfung ebenfalls ein positives Ergebnis zeitigt, wird eine Operation 98 ausgeführt, um die Schnittgeschwindigkeit zu vermindern, und dieser Operation folgt eine Operation 105 zum Abschwächen des Vorschubs F, was zur Folge hat, daß der Punkt P sich in Richtung des Pfeils 99 (Fig. 2) so lange verschiebt, bis das Band nc+fc und das Band I max -fI in aufeinanderfolgenden Anpassungszyklen eingegeben werden. Wenn andererseits das Ergebnis der Prüfung 96 (Fig. 5) negativ ist, wird eine Prüfung 101 ausgeführt, um festzustellen, ob die Anzahl der Umdrehungen n des Motors 25 kleiner als die charakteristische Anzahl von Umdrehungen nc, vermindert durch das Band fc, ist, und im negativen Fall befindet sich der Punkt P auf dem Band nc+fc. Im positiven Fall liegt der Punkt P links von diesem Band, und es wird eine Prüfung 102 ausgeführt, um festzustellen, ob die Schnittgeschwindigkeit größer als die minimale Geschwindigkeit S&sub1;, erhöht durch das Band f, ist. Wenn nicht, befindet er sich in dem Band der Seite 44 über der Kurve I max . Jetzt wird eine Operation 103 zur Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit ausgeführt, wobei dieser Operation die Operation 105 zur Verringerung des Vorschubs folgt, und der Punkt P verschiebt sich in Richtung des Pfeils 104.
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Ein negatives Ergebnis der Prüfung 97 besagt, daß der Punkt P sich entweder auf dem Band nc+fc oder auf dem Band der Seite 44 über der Stromkurve I max befindet. Dann wird eine Operation 105 bewirkt, die eine Verringerung des Vorschubs F mit sich bringt, bis das Band des Stroms I max erreicht ist. Das negative Ergebnis der Prüfung 101 besagt, daß der Punkt P sich im Band nc+fc über der Kurve des Stroms I max befindet. In diesem Fall wird die Operation 105 ausgeführt, um den Vorschub F zu verringern, und dadurch wird der Punkt P im Band nc+fc nach unten verschoben. In den vorangegangenen beiden Fällen setzt sich die Verringerung in aufeinanderfolgenden Anpassungszyklen so lange fort, bis das Band I max -fI erreicht ist. Ein positives Ergebnis der Prüfung 102 bedeutet, daß der Punkt P sich innerhalb des technologischen Bereichs links vom Band von nc und über der Kurve des Stroms I max befindet.
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Wenn die Prüfung 95 ein negatives Ergebnis zeitigt und daher auch wenn diese Bedingung aufgrund der Wirkung der Operation 105 auftritt, wird eine Prüfung 106 ausgeführt, um festzustellen, ob der Ankerstrom I im Band der Kurve des Stroms I max enthalten ist (I>I max -fI). Im negativen Fall wird eine Prüfung 107 vorgenommen, um festzustellen, ob der Vorschub F im Band der Seite 47 (Fig. 2) des technologischen Bereiches liegt. Wenn ja, stellt eine weitere Prüfung 108 fest, ob der Vorschub pro Umdrehung M im Band der Seite M 2 liegt. Wenn das Ergebnis dieser Prüfung positiv ist, so bedeutet dies, daß sich der Punkt P im Scheitelpunkt der Bänder der Seiten 47 und M 2 befindet und das Band des Stroms I max nicht erreicht werden kann, und die Routine endet. In diesem Fall ist die Optimierung vom Gesichtspunkt der Kosten zur maschinellen Bearbeitung zufriedenstellend. Tatsächlich sind in dem Diagramm der Fig. 2 die Kurven C 1, C 2, C 3der Bedingungen konstanter Kosten bei Veränderung der Werte von S und F gegeben. Die Kosten wachsen von C 1 bis C 3. Es ist ersichtlich, daß der Scheitelpunkt 47-M 2 auf der Kurve C 1 der minimalen Kosten liegt.
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Wenn andererseits das Ergebnis der Prüfung 108 negativ ist, wird eine weitere Prüfung 109 ausgeführt, um festzustellen, ob die Schnittgeschwindigkeit S im Band der Seite 44 liegt. Wenn das Ergebnis dieser Prüfung positiv ist, so bedeutet dies, daß der maximale Vorschub pro Umdrehung M 2 außerhalb der beiden Seiten 44 und 47 liegt oder durch den Scheitelpunkt dieser beiden Seiten läuft. Der Punkt P liegt in diesem Scheitelpunkt, und die Routine endet wie im vorangegangenen Fall. Schließlich bedeutet ein negatives Ergebnis der Prüfung 109, daß der Punkt P innerhalb des technologischen Bereiches liegt. Dann wird eine Operation 110 zum Verringern der Schnittgeschwindigkeit S befohlen. Der Punkt P neigt also dazu, auf die linke Seite auf dem Band F 2-f zu zum Erreichen des Scheitelpunktes 47-M 2 verbracht zu werden, und wird dadurch in die Bedingungen der vorangegangenen Fälle gebracht.
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Falls die Prüfung 107 ein negatives Ergebnis zeitigt, d. h. wenn der Punkt P unterhalb des Bandes der Seite 47 liegt, stellt eine weitere Prüfung 113 fest, ob die Schnittgeschwindigkeit auf dem Band der Seite 45 liegt. Im negativen Fall bedeutet dies, daß sich der Punkt P in dem technologischen Bereich oder auf den Bändern der Seiten 44, 46 oder M 1 befindet. Jetzt wird eine Operation 115 bewirkt, mittels der die Schnittgeschwindigkeit S und der Vorschub F erhöht werden. Der Punkt P verschiebt sich daher in Richtung des Pfeils 112auf das Band des Stroms I max zu. Im positiven Fall wird andererseits eine weitere Prüfung 114 durchgeführt, um festzustellen, ob die Geschwindigkeit pro Umdrehung M auf dem Band der Seite M 2 liegt. Wenn diese Prüfung ein positives Ergebnis zeitigt, so bedeutet dies, daß die Seite M 2 die Seite 45 schneidet. Der Punkt P liegt im Scheitelpunkt dieser beiden Bänder, und die Kurve des Stroms I max kann nicht erreicht werden. Es hat jedoch eine Optimierung am Punkt der minimalen Kosten stattgefunden, und die Routine endet. Wenn die Prüfung 114 letzten Endes ein negatives Ergebnis zeitigt, wird eine Operation 116 ausgeführt, die eine Erhöhung des Vorschubs F bewirkt, welche dahin tendiert, den Punkt P auf das Band I max zu zu verbringen. Wenn andererseits das Ergebnis der Prüfung 106 positiv ist, so bedeutet dies, daß der Punkt P sich im Band I max -fI befindet. Dann wird eine Prüfung 118 ausgeführt, um festzustellen, ob die Anzahl von Umdrehungen n größer ist als die charakteristische Anzahl von Umdrehungen nc + dem Band fc. Wenn ja, stellt eine weitere Prüfung 119 fest, ob die Schnittgeschwindigkeit im Band der Seite 44 liegt. Im negativen Fall wird eine weitere Prüfung 121 durchgeführt, um festzustellen, ob der Vorschub pro Umdrehung M im Band der Seite M 2 liegt. Wenn jetzt auch ein negatives Ergebnis erhalten wird, so bedeutet dies, daß der Punkt P sich innerhalb des technologischen Bereichs befindet oder auf den Bändern der Seiten 45, 46 oder M 1. Es wird eine Operation 122 zum Verringern der Schnittgeschwindigkeit und Verstärken des Vorschubs in Richtung des Pfeils 123 bewirkt, bis der Punkt P in den Bereich des optimalen Punktes Pc verbracht ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung 119 oder 121 positiv ist, liegt der Punkt P auf dem Band der Seite 44 oder der Seite M 2, während der Punkt Pc und daher das Band nc+fc links davon liegen. In diesen Fällen befindet sich der Punkt Pbereits in der Optimierungsposition, und die Routine endet. Schließlich wird, wenn das Ergebnis der Prüfung 118 negativ ist, eine weitere Prüfung 124 ausgeführt, um festzustellen, ob n<nc-fc ist. Im positiven Fall bedeutet dies, daß der Punkt P sich zwar im Band I max -fI, jedoch links vom Band nc-fc befindet. Eine weitere Prüfung 126 stellt jetzt fest, ob der Vorschub F im Band der Seite 47 liegt. Wenn nicht, stellt eine weitere Prüfung 127 fest, ob die Schnittgeschwindigkeit S im Band der Seite 45 liegt. Wenn diese Prüfung ebenfalls ein negatives Ergebnis zeitigt, so bedeutet dies, daß der Punkt P sich innerhalb des technologischen Bereiches und auf den Bändern der Seiten 44, 46 oder M 1 befindet. Es wird eine Operation 128 ausgeführt, um die Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub in Richtung des Pfeils 129 zu vergrößern, bis der Punkt P in den Bereich des Punktes Pc verbracht ist.
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Im Falle eines positiven Ergebnisses der Prüfung 127 bedeutet dies, daß das Band nc-fc zur Rechten der Seite 45 liegt. Da der Punkt P im Band des Stroms I max liegt, ist eine Optimierung erreicht worden, und die Routine endet. Auf ähnliche Weise befindet sich, wenn ein positives Ergebnis aus der Prüfung 126 erhalten wird, der Punkt Pc über der Seite 47, so daß eine Optimierung erreicht wurde und die Routine endet. Schließlich befindet sich, wenn die Prüfung 124 ein negatives Ergebnis zeitigt, der Punkt P bereits sowohl im Band nc-fc als auch im Band des Stroms I max und daher im Bereich von Pc, ungeachtet seiner Position innerhalb des technologischen Bereichs oder in den seitlichen Bändern desselben, so daß eine Optimierung erreicht wurde und die Routine endet.
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Zusammenfassend sei gesagt, daß die Routine in Fig. 4 den Punkt P auf die äußere Begrenzung des technologischen Bereichs verbringt, wenn der Punkt P außerhalb liegt. Die Routine in Fig. 5 veranlaßt den Punkt P, sich derart zu verschieben, daß er auf den Scheitelpunkt der Seiten 47 und M 2, wenn das Band des Stroms I max über dem technologischen Bereich liegt, oder auf den Bereich des Punktes Pc zu neigt, wenn dieses Band, wie in Fig. 2, innerhalb des Bereiches liegt.
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Wenn der Punkt Pc zwar außerhalb des technologischen Bereiches liegt, das Band des Stroms I max jedoch den technologischen Bereich schneidet, wird der Punkt P auf diesen Schnittpunkt dieses Bandes mit der äußeren Begrenzung des technologischen Bereichs verbracht, die näher am Scheitelpunkt der Seiten 47 und M 2 liegt. Somit ist klar, daß in jedem Fall der Steuereinheit eine derartige Bedingung auferlegt wird, daß die Einrichtungen zum Bewegen des Werkzeuges für den Vorschub und die Geschwindigkeit des Motors 25 gesteuert werden, damit der Fehler zwischen der optimalen Bedingung und der von den Fühleinrichtungen 131 und 33 erfühlten tatsächlichen Bedingung abgeschwächt wird. Selbst in Fällen, in denen Pc außerhalb des technologischen Bereichs liegt, wird die Anpassung des Vorschubs und der Schnittgeschwindigkeit, vom Gesichtspunkt der Betriebskosten, auf den optimalen Punkt zu bewirkt, der die optimale Bedingung darstellt, die auf der Basis des technologischen Bereichs und der Eigenschaften des Motors möglich ist.
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Die Erfindung kann beispielsweise auch bei Werkzeugmaschinen mit einer sich drehenden Werkzeugspindel, wie Fräs- oder Bohrmaschinen, angewandt werden, bei denen der Motor 25 zum Drehen der Spindel verwendet wird, während die Schaltung 18 zum Steuern der den Vorschub bestimmenden Achse oder Achsen der Maschine verwendet wird.