DE3545795A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die numerische steuerung mit geschwindigkeitsdifferenz-verminderung - Google Patents

Description

DRUKADOR JO^/so

PATENTANWALT

München, 23.Dezember 1985 K 22987K3/Jä

ANMELDER: Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha

2-11, Ginza-4-chome, Chuo-ku, Tokyo, Japan

GEGENSTAND: Verfahren und Vorrichtung für die

numerische Steuerung mit Geschwindigkeitsdifferenz-Verminderung

PRIORITÄT: Japan

No. 59-278743
27.Dezember 1984

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine oder dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein numerisches Steuerverfahren und eine numerische Steuervorrichtung mit der Möglichkeit der Herabsetzung oder Glättung der Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für jede Steuerachse der Werkzeugmaschine zwischen benachbarten Blöcken eines Bearbeitungsprogramms.

Zur Steuerung der Bewegungshübe der Schneidwerkzeuge von Werkzeugmaschinen nach Bearbeitungsprogrammen werden häufig numerische Steuerungen (NC) verwendet, wobei die Bearbeitungsprogramme in eine NC-Steuervorrichtung geladen werden. Das Bearbeitungsprogramm liegt beispielsweise als NC-Lochstreifen vor und enthält in aufeinanderfolgenden Blöcken Bewegungsbefehle. Wenn jede Steuerachse der Werkezugmaschine zwischen einem gegebenen Block und dem nächstfolgenden Block bei der Ausführung der Steuerbefehle großen Vorschubgeschwindigkeitsänderungen oder -differenzen ausgesetzt ist, wenn der Blockübergang stattfindet, so werden das Servosystem und der Antriebsmechanismus für die jeweilige Steuerachse starken mechanischen Stoßen ausgesetzt.

Diese Schwierigkeiten sind dann besonders problematisch, wenn es sich um mehrachsige numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen handelt, bei denen mehr als drei Steuerachsen vorhanden sind; denn es ist schwierig, eine rasche Identifizierung derjenigen Steuerachse zu bewirken, bei der eine Vorschubgeschwindigkeitsänderung erforderlich ist. Wenn die aufeinanderfolgenden Programm-

blöcke Bewegungsbefehle zum Bewegen des Werkzeugs um kleine Weg ,trecken enthalten, ist die kombinierte Achsen-Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs an den Blockübergängen zwischen benachbarten Blöcken konstant und glatt. Bei bestimmten Blockübergängen können jedoch einige Achsen einer ziemlich großen Vorschubgeschwindigkeitsänderung ausgesetzt sein.

Fig. 1 veranschaulicht, wie das Werkzeug zwischen benachbarten Programmblöcken einer Vorschubgeschwindigkeitsänderung ausgesetzt wird. Nach Fig. 1 enthält eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinenanlage (NC-Anlage) eine Werkzeugmaschine 10 und ein auf einem Fundament ruhendes Maschinenbett 12, welches der Werkzeugmaschine 10 gegenüberliegt. Auf dem Bett 12 ist verschieblich ein Gleittisch angeordnet, welcher in Richtung des Pfeils Z (Z-Achse) bewegt werden kann. Auf dem Tisch 14 ist drehbar ein Drehtisch 16 gelagert, der in einer horizontalen Ebene in Richtung des Pfeils P von einem Drehantrieb 16A gedreht werden kann. Ein Werkstück W, z. B. ein Propellerblatt, ist mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 18 an dem Drehtisch 16 montiert.

Die Werkzeugmaschine 10 enthält eine verschieblich auf einem auf dem Fundament fixierten Bett 20 montierte Säule 22, die senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 (X-Achse) mit Hilfe einer Antriebsquelle 2OA, die einen Antriebsmotor enthält, verschieblich ist. Die Säule 22 trägt auf ihrer Vorderseite ein Stützteil 26, welches einen Spindelkopf 24 trägt und in Richtung des Pfeils Y (Y-Achse) entlang Gleitflächen 22A und 22B der Säule 22 verschieblich ist. Das Tragteil 26 wird von einer Gewindestange 28 über einen Y-Achsen-Motor 30 oben auf der Säule 22 angetrieben.

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— sr —■

Der Spindelkopf 24 ist an der Vorderseite des Tragteils 26 montiert und wird von einem Hydraulikzylinder 32 in Richtung des Pfeils A um eine Schwenkachse 34 verschwenkt, Am linken Ende des Spindelkopfs 24 hält ein dort befindlicher Kopf 38 ein nach unten gerichtetes Werkzeug 36. Der Kopf 38 ist um die Achse des Spindelkopfs 24 in Richtung des Pfeils C in einem gewissen Winkelbereich verschwenkbar.

Die NC-Bearbeitungsanlage besitzt sechs Steuerachsen, d. h., die X-, die Y- und die Z-Achse sowie die drei Achsen für die Schwenkbewegungen A, B und C.

Es sei angenommen, das Werkzeug 36 bewege sich in Richtung des Pfeils \V), während es senkrecht zu dem von ihm gefrästen Werkstück W gehalten werde. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit (im folgenden auch einfach als Geschwindigkeit bezeichnet) F der Spitze des Werkzeugs 26 konstant ist, muß sich das Tragteil 26 entlang der Y-Achse in negativer Richtung rasch bewegen und der Spindelkopf 24 muß sich entlang der "Achse" der Winkelbewegung A für das Werkzeug 26 in negativer Richtung rasch bewegen, um eine Werkstück-Ecke CNR zu umfahren.

Dies ist ein Beispiel dafür, daß einige Steuerachsen u. U. beträchtlichen Vorschubgeschwindigkeits-Änderungen ausgesetzt sind.

Derartig schnelle Vorschubgeschwindigkeitsänderungen in der Steuerachse bei der Bearbeitung kompliziert gekrümmter Oberflächenabschnitte des Werkstücks lassen sich während des Stadiums der Erstellung des Bearbeitungsprogramms für das Werkstück W mit Hilfe eines Computers (bekannt als CAD/CAM) nicht voraussagen. Die einzige verfügbare Maßnahme im CAD/CAM-Stadium kann darin bestehen,

die gesamte Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs zu reduzieren. Dies hat aber den Nachteil, daß die Gesamtbearbeitungszeit erhöht wird. Eine andere Lösung des Problems hoher Vorschubgeschwindigkeitsänderungen könnte darin bestehen, die Vorschubgeschwindigkeit für jede einzelne Steuerachse bei einem Blockübergang auf Null herabzusetzen. Allerdings hat dieser Vorschlag den Nachteil, daß ^die gesamte Bearbeitungszeit groß ist und das Werkzeug bei jedem Anhalten am Ende eines Blocks auf der bearbeiteten Oberfläche eine Spur hinterläßt, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Werkstücks leidet.

Aus den oben genannten Gründen war es bislang üblich, eine Interpolation zwischen einem laufenden Block und einem nachfolgenden Block für die Vorschubgeschwindigkeits beschleunigung und -verzögerung vorzunehmen.

Fig. 2A und 2B zeigen anhand von Diagrammen, wie eine solche Beschleunigung und Verzögerung mittels Interpolation bewirkt wird.

Fig. 3A und 3B zeigen den Fall, daß keine solche Beschleunigung bzw. Verzögerung erfolgt.

In den Beispielen nach den Fig. 2A und 2B sowie 3A und 3B enthalten die ausgeführten Programmblöcke folgende Befehle:

G01 G91 X x1 Ff (EOB)

X x2 (EOB)

Y y1 (EOB)

MO2 (EOB)

GO1 ist ein Befehl für eine lineare Interpolation, G91

ist eine inkrementale Eingangsgröße, und M02 bedeutet das Programmende. Da in Fig. 3A keine Beschleunigung und keine Verzögerung erfolgt, sind die sich ergebenden Vorschubgeschwindigkeiten für die X- und die Y-Achse die gleichen, wie sie ursprünglich festgelegt wurden. Allerdings haftet dem tatsächlichen Bewegungshub des Werkzeugs ein Fehler an, der zurückzuführen ist auf einen Servomotor-

IQ fehler, wie in Fig. 3B gezeigt ist. Der Fehler ist proportional zur Vorschubgeschwindigkeit F. Die Antriebssysteme für die X- und die Y-Achsen erleiden starke mechanische Stöße und Schläge, weil die Soll-Vorschubgeschwindigkeiten für die X- und Y-Achse im Zeitpunkt ti + abrupt abfallen und ansteigen müssen.

Im Beispiel nach den Fig. 2A und 2B werden jedoch die Beschleunigung und die Verzögerung durch Interpolation durchgeführt. Dies hat zur Folge, daß die auf die Antriebssysteme für die X- und die Y-Achse einwirkenden mechanischen Stöße gedämpft werden, und sich also auch die Servomotor-Verzögerung verringert. Allerdings ruft der Interpolationsvorgang eine Verzögerung hervor, welcher einer Zeitkonstanten entspricht. Die Interpolation für eine Beschleunigung für die Y-Achse beginnt, wenn die Interpolation für die Verzögerung für die X-Achse begonnen wird, hier im Zeitpunkt tk. Es gibt also ein Zeitintervall (tk - tk + 1), während dem das Werkzeug gleichzeitig in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse angetrieben wird. Dies führt zu dem nachteiligen Umstand, daß der tatsächliche Bewegungsweg des Werkzeugs von dem exakten, vorgegebenen Weg abweicht.

Während der oben geschilderte Vorgang gemäß den Fig. 2A und 2B die Wirkung hat, die auf das Antriebssystem einwirkenden mechanischen Stöße für eine oder mehrere

Al

Steuerachsen im Blockübergang des Bearbeitungsprogramms einer mehl achsigen Werkzeugmaschine zu mildern, bleibt das Problem einer verringerten Bearbeitungsgenauigkeit ungelöst.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß das numerisch gesteuerte Werkzeug entlang einem vorgegebenen Weg bewegt werden kann, während gleichzeitig auf die Antriebssysteme der Steuerachsen einwirkende mechanische Stöße dadurch minimiert werden, daß eine zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz in Form eines Parameters für jede Steuerachse zwischen benachbarten Programmblöcken festgelegt wird, keine interpolationsabhängige Beschleunigung oder Verzögerung vorgenommen wird, falls die Vorschubgeschwindigkeitsänderung für jede Steuerachse zwischen den Blöcken die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz nicht überschreitet, und eine Beschleunigung bzw. eine Verzögerung durch Interpolation erfolgt, wenn die Vorschubgeschwindigkeit sänderung den Wert der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein numerisches Steuerverfahren und eine numerische Steuervorrichtung zu schaffen, die die Möglichkeit einer Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz-Reduzierung hat, um jegliche Vorschubgeschwindigkeitsänderungen für jede Steuerachse zwischen benachbarten Programmblöcken bis auf einen gewissen Pegel herabzudrücken, welcher sich für eine mehrachsige Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung eignet, damit das Werkzeug mittels Interpolation bewegt wird, so daß eine hochgenaue Bearbeitung bei allen aufeinanderfolgenden Werkzeug-Bewegungsbefehlen erfolgt.

Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vor-

richtung geschaffen werden, das bzw. die in der Lage ist, die Genauigkeiten der bearbeiteten Formen an den übergangen zwischen Blöcken eines Bearbeitungsprogramms für gekrümmte Bearbeitungsflächen zu vergleichmäßigen, und zwar unabhängig davon, wie kompliziert die Oberflächenkrümmungen des Werkstücks sind, so daß eine unzureichende oder übermäßig starke Einfräsung in das Werkstück innerhalb eines Grenzwertes gehalten wird. Hierdurch soll der Vorteil erzielt werden, daß Servomotoren und mechanische Systeme ohne überbeanspruchung arbeiten, indem die auf Vorschubgeschwindigkeitsänderungen zurückzuführenden mechanischen Stöße gedämpft werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Bearbeitungsanlage, die von einer numerischen Steuervorrichtung nach der Erfindung gesteuert wird,

Diagramme, die verdeutlichen, wie Beschleunigung und Verzögerung mittels Interpolation bei einem herkömmlichen Verfahren erfolgen,

Diagramme, die die Situation veranschaulichen, in welcher weder Beschleunigung noch Verzögerung durchgeführt werden,

Fig.	30	Fig.	2A
und	und	2B
3A
3B

if

1	Fig.	4
5	Fig.	5
	Fig.	6
10

ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung in der erfindungsgemäßen numerischen Steuervorrichtung,

ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen numerischen Steuervorrichtung,

ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Abtastintervallen und Zeitzonen in einer in der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung verwendeten Zentraleinheit (CPU) veranschaulicht,

Fig. 7A ein Flußdiagramm eines in jedem Abtastintervall durchgeführten Interpolationsverfahrens,

Fig. 7B eine Übersicht über verschiedene Symbole,

die in dem Blockdiagramm nach Fig. 5 und dem Flußdiagramm nach Fig. 7A verwendet werden,

Fig. 7C ein Diagramm, welches die Beziehung

zwischen dem von der Werkzeugspitze noch zurückzulegenden Restweg und einem Zeitpunkt für den Beginn einer Verzögerung veranschaulicht,

Fig. 7D ein Diagramm, welches das zeitliche Verhalten eines interpolierten Vorschubgeschwindigkeits-Ausgangssignals veranschaulicht,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen

/5

benachbarten Bearbeitungsblöcken und einer Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zeigt,

Fig. 9A Diagramme, die die Beziehung zwischen

und 9B einem verarbeiteten Geschwindigkeits-

Ausgangssignal und einem Bewegungsweg des Werkzeugs zeigen,

Fig. 10 bis Diagramme, die die Beziehung zwischen 13 Vorschubgeschwindigkeiten und Zeit in

einem simulierten Experiment unter Ver-Wendung der erfindungsgemäßen numeri

schen Steuervorrichtung verdeutlichen, und

Fig. 14 bis Diagramme, welche die Beziehung zwischen 18 den Vorschubgeschwindigkeiten und der

Zeit in einem anderen simulierten Experiment unter Verwendung der erfindungsgemäßen numerischen Steuervorrichtung darstellt.

Fig. 4 zeigt den Fluß der Signalverarbeitung in der numerischen Steuervorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen numerischen Steuerverfahrens. In einem Lochstreifen 50 ist ein Bearbeitungsprogramm in Form aufeinanderfolgender Blöcke gespeichert.

Die numerische Steuervorrichtung enthält einen Befehlsanalysator 52, der Befehlsdaten in einem nächsten Block analysiert, einen Interpolator 54 für eine Interpolation im laufenden Block, eine Beschleunigungs-Berechnungseinheit 56, ein Servosystem 58 und einen Servomotor 60.

Es sei angenommen, ein gewisser Block des Lochstreifens enthalte f< lgende Befehlsdaten X: x, Y: y_, Z: z, ... F: f. Der Befehlsanalysator 52 führt folgende Operationen durch:

(1) Berechnung der Abstände x, y, ζ ..., die in den einzelnen Steuerachsen zurückgelegt werden (die Abstände entsprechen den Befehls- oder Soll-Werten auf dem Lochstreifen bei Zugrundelegung eines inkrementalen Befehlssystems);

(2) Berechnen des Abstands der kombinierten Achsen:

L = /x² + y² + z² , . . . , + k² ; (3) Berechnung des Reziprokwerts 1/L;

(4) Umwandlung der Einheit für die Vorschubgeschwindigkeit

f;
und

(5) Berechnung der Vorschubgeschwindigkeiten für die jeweiligen Steuerachsen:

(CX —>x)Vx = f · x/L
(Ot ~_>y)Vy = f * y/L

(C*—>k)Vk = f * k/l

Die Beschleunigungs-Berechnungseinheit 56 berechnet die Beschleunigungen für die jeweiligen Steuerachsen zwischen dem laufenden Block und dem nächsten Block auf der Grundlage der Vorschubgeschwindigkeit ^(n + 1), die von dem Befehlsanalysator 52 in jedem Block für die Steuerachsen o<(o^= x, y, ..., k), berechnet wurde, der laufenden Vor-Schubgeschwindigkeit VoUn) der jeweiligen Steuerachsen, für die eine Interpolation in dem Interpolator 54 durch-

geführt wird, und einer vorbestimmten zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz VlX für die S teuer ach sen ok zwischen den Blöcken. Die kleinste der berechneten Verzögerungen wird hier als Qi bezeichnet.

Der Interpolator 54 spricht an auf dem von dem Befehlsanalysator 52 kommenden Bewegungsbefehl, um dem Servosystem 58 eine Soll-Vorschubgeschwindigkeit (Vorschubgeschwindigkeitsbefehl) zuzuführen. Jetzt berechnet der Interpolator 54 die Vorschubgeschwindigkeit für jede Steuerachse, wozu er das Produkt VnQi der kleinsten Verzögerung Qi und die Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit Vn als Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit verwendet.

Der Interpolator 54 bestimmt außerdem die Anfangs- und die End-VorSchubgeschwindigkeit, die bei der Interpolation für die Beschleunigung und die Verzögerung zu verwenden sind. Der von dem Interpolator 54 für jede Steuerachse kommende Vorschubgeschwindigkeits-Befehl wird auf das Servosystem 58 gegeben, welches dann eine vorgegebene Menge elektrischer Energie an den Servomotor 60 gibt, der zu der betreffenden Steuerachse gehört.

Fig. 5 zeigt in Form eines Blockdiagramms die funktionellen Elemente der numerischen Steuervorrichtung, die hier allgemein mit 70 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 70 steuert eine Werkzeugmaschine 72, die eine Bedienungskonsole 72A und Servomotoren M1, M2, ...,Mi aufweist, welchen den jeweiligen Steuerachsen entsprechen und von einer Servoantriebseinheit 74 mit elektrischer Energie gespeist werden. Signale können zwischen der Vorrichtung 70 und der Servoantriebseinheit 74, der Bedienungskonsole 72A und einem Bandlesegerät 78 über eine Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelle 76 übertragen werden. Ausserdem

ist über die Schnittstelle 76 eine Parameter-Einstelleinheit 72E an die Vorrichtung 70 angeschlossen. Obwohl die Einheit 72B getrennt von der Bedienungskonsole 72A dargestellt ist, kann sie in der Praxis auf dieser angebracht sein.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die numeri- IQ sehe Steuervorrichtung 70 vom CNC-Typ (numerische Computer-Steuerung) , und sie enthält allgemein eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 80, einen Programmspeicher 82 und einen Datenspeicher 84. Die Vorrichtung 70 besitzt außerdem einen BezugsSignalgenerator 86, der ein Taktsignal CL sowie ein Abtastsignal mit Abtastintervallen AT erzeugt.

Wie in Fig. 6 zu sehen ist, ist der Betrieb der CPU 80 in Abtastintervalle ΔΤ unterteilt. Jedes Abtastintervall Δ·Τ setzt sich zusammen aus Zeitzonen ti , t2 und t3. In der ersten Zeitzone ti gibt die CPU 80 an das Servosystem 58 ein Ausgangssignal aus und in der zweiten Zeitzone t2 vollzieht die CPU 80 eine Interpolation mit Hilfe einer Unterbrechung. In der Zeitzone t3 analysiert die CPU 80 die Befehlsdaten im nächsten Block. Da die Analyse der Befehlsdaten im nächsten Block nicht in einem Abtastintervall abgeschlossen wird, werden die Daten eines Blocks innerhalb einiger Abtastintervalle verarbeitet. Die Verzögerung wird in dieser Zeitzone t3 berechnet.

Der Datenspeicher 84 besitzt einen Speicherbereich 90, in dem als Parameter vorab zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz-Werte V₇. _v, V_„, V_TI7, .... für die Steuer-

JjÄ Jj JL Jj L

achsen x, y, ζ ... der Werkzeugmaschine 72 gespeichert werden. Diese Parameter können dadurch in den Speicherbereich 90 eingegeben werden, daß über die Parameter-

- rr-

Einstelleinheit 72B eine gewünschte Steuerachse identifiziert und die zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die gewünschte Steuerachse über -eine Zifferntastatur eingegeben wird. Der Datenspeicher 84 besitzt außerdem einen Speicherbereich 9 2 zum Speichern eines Vorschubgeschwindigkeits-Wichtungsprozentsatzes K, einen Speicherbereich 94 zum Speichern von Wegbefehlen für die jeweiligen Steuerachsen in jedem Block, und einen Speicherbereich 96 zum Speichern, der in den jeweiligen Abtastintervallen £T zurückzulegenden Wege. So z. B. werden die durch Interpolation in der Zeitzone t2 im Abtastintervall (1) nach Fig. 6 erhaltenen Werte üxn, Äyn, Δζη, ...

als Servo-Ausgangssignale in der Zeitzone ti des nächsten Abtastintervalls (1) an die Servoantriebseinheit 74 gegegeben. Der Datenspeicher 84 enthält außerdem Speicherbereiche 98, 100, 102 zum Speichern verschiedener Datenwerte, die bei den im Interpolator 54 benötigten Ope- rationen gebraucht werden. Die im Blockdiagramm nach Fig. 5 verwendeten verschiedenen Symbole sind in der Tabelle in Fig. 7B erklärt.

Der Programmspeicher 82 nach Fig. 5 speichert ein Betriebsprogramm Po als Systemprogramm für den Betrieb der numerischen Steuervorrichtung. Der Programmspeicher 82 enthält außerdem einen Speicherbereich P1 zum Speichern eines Befehlsanalyseprogramms zur Verarbeitung der Daten in dem Befehlsanalysator 52 sowie ein Verzögerungs-Berechnungsprogramm, einen Speicherbereich P2 zum Speichern eines Interpolationsprogramms zur Durchführung der Interpolation in dem Interpolator 54, und einen Speicherbereich P3 zum Speichern eines Programms für verschiedene Funktionen der Werkzeugmaschine, z. B. ein Anwenderprogramm zum Erkennen von Arbeitsfehlern, z. B. von Fräs-Fehlern sowie von Werkzeugverschleißerscheinungen.

Fig. 7A zeigt ein Flußdiagrainin des Interpolationsverfahrens, w lches in jedem Abtastintervall durchzuführen ist. Wenn die Zeitzone t2 in jedem Abtastintervall von einer Unterbrechung ausgewählt wird, verarbeitet die CPU 80 das Interpolationsprogramm. In einem Schritt 1 wird abgefragt, ob ein berechneter Wert η den Wert "1" hat oder nicht. Der Wert η = 1 entspricht dem Beginn des

XO Interpolationsverfahrens in jedem Block wenn η = 1, wird in einem Schritt 2 eine Anfangs-Vorschubgeschwindigkeit V1 bestimmt. Eine Anfangs-VorSchubgeschwindigkeit 0 oder eine vorgegebene (Soll-)Vorschubgeschwindigkeit Vp wird jetzt als Anfangs-Vorscnubgeschwindigkeit V1 ausgewählt. Wenn sich das Werkzeug bereits bewegt hat, ist Vt normalerweise nicht 0, und folglich wird V1 zu Vp gewählt. Dann erfolgt im Schritt 3 eine Vorschubgeschwindigkeits-Wichtung, um eine aktuelle Soll-Vorschubgeschwindigkeit V = Vp χ K zu erhalten. Wenn die kleinste Verzögerung Qi von der Verzögerungs-Berechnungseinheit 56 den Wert "1" hat oder größer als 1 ist, erfolgt ein Sprung vom Schritt 4 zum Schritt 8, falls nicht, schließt sich der Schritt 5 an, in welchem geprüft wird, ob der Beginn der Verzögerung bestimmt ist oder nicht. Wurde die Verzögerung bereits durch den Interpolationsvorgang begonnen, schließt sich Schritt 7 an, in welchem die laufende Vorschubgeschwindigkeit Vn auf einen Wert reduziert wird, der in jedem Abtastintervall gleich einer Beschleunigung &V ist.

Wenn der Beginn der Verzögerung noch nicht im Schritt 5 erfolgt ist, wird im Schritt 6 abgefragt, ob die Verzögerung begonnen wurde oder nicht. Insbesondere wird im Schritt 6 bestimmt, ob der Restweg Ln im laufenden, gerade ausgeführten Block kleiner ist als:

= Lst

Der Wert Lst wird weiter unten erläutert. Wenn der Restweg Ln im Schritt 6 kleiner ist als Lst, erfolgt im Schritt 7 eine Verzögerung innerhalb jedes Abtastintervalls. Ist Ln im Schritt 6 nicht kleiner als Lst, schließt sich Schritt 8 an, um eine Ziel-Vorschubgeschwindigkeit ^zu erreichen. Wenn die Verzögerung Vn die Zielgeschwindigkeit V erreicht hat oder kleiner ist, erfolgt

Vn = Vn + AV.

Wenn Vn ^ V, wird gerechnet

Vn = V.

Wenn die laufende Vorschubgeschwindigkeit Vn größer ist als die Zielgeschwindigkeit V, gilt Vn = Vn - AV.

Wenn Vn <V, gilt

Vn = V.

Wenn im Schritt 7 oder im Schritt 8 ein neuer Wert Vn vorgegeben wird, wird im Schritt 9 ein Restweg berechnet, indem der Zuwachs und der Rest des Interpolationsverfahrens für die kombinierten Achsen und jede Steuerachse addiert werden. Beispielsweise wird die Addition Vn + RLn - 1 für die kombinierte Achse durchgeführt, wobei RLn - 1 ein Wert (Bruchteil) kleiner als 1 \im des (in einem Register gespeicherten) Rests des Ergebnisses der vorausgehenden Addition ist. RLn ist ein Wert kleiner als 1 μπι des Ergebnisses der vorausgehenden Addition, und ALn i_st der ganzzahlige Anteil des Additionsergebnisses.

Der Schritt 9 aktualisiert außerdem den Restweg Ln für die kombin erte Achse. Da aLn im nächsten Abtastintervall an das Servosystem gegeben wird, fragt der Schritt 10 ab, ob der vorhergehende Restweg Ln den Wert 0 hat oder nicht. Ist Ln = 0, so wird η = 1 gesetzt (Schritt 11), in Vorbereitung auf die in Schritt 1 für den nächsten Block erfolgende Prüfung, ob η = 1.

Ist im Schritt 10 noch ein Restweg vorhanden, wird η im Schritt 12 um 1 erhöht.

Nun ist ein Zyklus des Interpolationsverfahrens abgeschlossen. Fig. 7C zeigt die Beziehung zwischen dem Restweg Ln und einer Zeit T3 für den Beginn der Verzögerung im Interpolationsverfahren für einen gewissen Block, bezogen auf die Richtung, in der die kombinierte Achse, d. h. die Spitze des Werkzeugs bewegt wird. Da die Bedingung (Schritt 6 in Fig. 7A) zum Starten der Verzögerung in den Zeitpunkten T1, T2 vom Restweg Ln nicht erfüllt wird, wird die im Schritt 8 spezifizierte Ziel-Vorschubgeschwindigkeit V als Vn ausgewählt. Wird die Bedingung des Schritts 6 im Zeitpunkt T3 erfüllt, wird die Verzögerung begonnen.

Gilt im Zeitpunkt T4 die Beziehung Ln = 0, so wird die Interpolationsausgabe in diesem Block gestoppt. Es sei hier angemerkt, daß die Vorschubgeschwindigkeit der kombinierten Achse im Zeitpunkt T4 den Wert VnQi hat. Der Wert Qi (größte Verzögerung), dem Verhältnis der Geschwindigkeitsdifferenz für jede Steuerachse zwischen diesem Block und dem nächsten Block wurde bereits vor der Interpolation für diesen Block berechnet. Der Zeitpunkt T3 für den Start der Verzögerung wird so berechnet, daß die laufende Vorschubgeschwindigkeit Vn im Zeitpunkt T3 beginnt, um die vorgeschriebene Beschleunigung V in einem Interpolationsvorgang zu verringern, bis Ln = 0,

- -ar -

wenn die Vorschubgeschwindigkeit VnQi erreicht. Die Formel zur Ausführung dieser Berechnung ist im Schritt 6 angegeben und wird weiter unten näher erläutert.

Fig. 7D zeigt die Beziehung zwischen dem zurückgelegten Weg S und der Zeitspanne T, die benötigt wird, bis Vn = 0, wenn die laufende Vorschubgeschwindigkeit, d. h. die interpolierte Vorschubgeschwindigkeit Vn mit dem Wert der Beschleunigung (AV/AT) vermindert wird. In Fig. 7D repräsentiert der schraffierte rechteckige Bereich den Weg S, der nach dem Beginn der Verzögerung bei to zurückgelegt wurde. Der Weg S ergibt sich durch folgende Be-Ziehung:

S = 1/2-Vn-T = (Vn)²/(2

Die Fläche S2 in Fig. 7C bedeutet den Weg, der zurückgelegt wurde, nachdem die Verzögerung von Vn im Zeitpunkt T3 begonnen wurde, bis hin zu einem Zeitpunkt T5, bei dem die interpolierte Ausgabe gestoppt wird. Die Fläche S1 entspricht dem Weg, bei dem VnQi als die interpolierte Ausgabe zwischen T4 und T5 gegeben ist. Daher gilt

S2 - S1 = (Vn)²/(2-*V) - (VnQi)²/(2 -&V).

Die CPD 80 prüft stets die Zeit (zum Start der Verzögerung), zu der der Restweg Ln = (S2 - S1) während des Interpolationsprozesses wird.

Ist im Schritt 4 nach Fig. 7A der Wert Qi kleiner als 1, erfolgt ein Sprung zum Schritt 8, ohne daß eine Verzögerung beim Block-Block-Übergang erfolgt, da die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz in den zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz-Wert fällt. Der Schritt ist ein Beschleunigungs- und ein Verzögerungsvorgang

ty

-drden Schritt 7, d. h. ohne die Bestimmung des Beginns der Verzögerung und als Antwort auf die Entscheidung "Nein" im Schritt 6. Die Werte Vn +AV bei *1 und Vn - CfJ bei *2 im Schritt 8 entsprechen z. B. den Bedingungen, bei denen der Wert K von der Bedienungsperson variiert wird.

Fig. 8 zeigt speziell, wie die Vorschubgeschwindigkeit für die kombinierte Achse und die Vorschubgeschwindigkeiten für jede Steuerachse über einen Block/Block-Übergang beeinflußt werden, wenn die Geschwindigkeitsdifferenzen für die jeweiligen Steuerachsen x, y und ζ folgende Werte haben:

IVx - Vx¹ I = 1 IVy - Vy¹ j = 1 JVz - Vz¹ j = 5

zwischen dem N-ten Block und dem (N+1)-ten Block, wobei die zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen V_TV,

LX

V_T_., und V_ „ für die jeweiligen Steuerachsen 2,2 bzw.

LY L<6

1,5 sind. Wie in Fig. 8 bei (B), (C) und (D) gezeigt ist, sind die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen für die X- und die Y-Achse kleiner als die zulässigen Geschwindigkeitsdifferenzen V_TV, V_._r, und die Vorschubgeschwindig-

LX LY

keitsdifferenz für die Z-Achse beträgt|Vz - Vz' j = 5 und folglich größer als V_T _, ( = 1,5). Daher wird die momentane Vorschubgeschwindigkeit Vn für die kombinierten Achsen dem Verzögerungsvorgang unterworfen, ungeachtet des Betrages von jVn- Vn' J .

Folglich ist die kleinste Verzögerung Qi gegeben durch: 35

is

Qi = V_LZ/ |Vz - Vz'j xK

= 1,5/(5 χ 1)
= 0,3 (= 30 %) (K = 1).

Wie in Fig. 8 bei (A) gezeigt ist, wird der Wert VnQi bestimmt, und die Startposition für die Verzögerung der kombinierten Achsen wird durch den anhand von Fig. 7 beschriebenen Vorgang bestimmt aus einer Verzögerungslinie fo, die einen Gradienten £V besitzt. Mit der in Fig. 8A bei Po angegebenen Verzögerungs-Startposition können die Purkte Pox, Poy und Ροζ entsprechend dem Punkt Po für die X-, die Y- und die Z-Achse bestimmt werden, und die Vorschubgeschwindigkeiten werden entlang den jeweiligen Verzögerungslinien Ix, ?y bzw. ϊζ nach Maßgabe der interpolierten Ausgangsgrößen für die jeweiligen Steuerachsen verkleinert. Der Block/Block-tibergang ist an einem Punkt P1 für die kombinierten Achsen angedeutet, ^un<^ entsprechende Punkte für die jeweiligen Steuerachsen sind mit Px 1, Py1 bzw. Pz1 bezeichnet. Die Vorschubgeschwindigkeit für den nächsten Block (N + 1) ist für die kombinierte Achse mit einem Punkt P2 bezeichnet, und für die jeweiligen Steuerachsen mit den Punkten Px2, Py2 bzw. Pz2. Der Punkt P2 ist gegeben als Vn¹Qi, wobei es sich um das Produkt einer Soll-Vorschubgeschwindigkeit Vn¹ für den nächsten Block der kombinierten Achse und der Verzögerung Qi handelt. In ähnlicher Weise können die Vorschubgeschwindigkeiten Vx¹Qi, Vy¹Qi und Vz¹Qi für die Punkte Px2, Py2, Pz2 entsprechend der X-, Y- bzw. Z-Achse gegeben werden. Der Wert Vn = 6 in Fig. 8A und die Werte Vx, Vy und Vz in den Fig. 8B, 8C bzw. 8D sind in unterschiedlichen Größen angegeben. Wie aus Fig. 8D ersichtlich, gilt:
|Vz Qi-Vz¹ Qi| = V_LZ

für die Z-Achse, und die Vorschubgeschwindigkeit für die Z-Achse wird bei dem Blockübergang entsprechend der Ver-

zögerungslinie Iz und der spezifizierten Punkte Pz1, Pz2 auf der zu.ässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz V_„ gehalten.

Fig. 9A und 9B zeigen verarbeitete Vorschubgeschwindigkeiten und einen Bewegungsweg des Werkzeugs gemäß der Erfindung. Fig. 9A und 9B entsprechen den Fig. 2A und 2B sowie 3A und 3B. In Fig. 9A betragen die zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen für die X- und die Y-Achse jeweils 20% von Vx bzw. Vy. Die verarbeiteten Vorschubgeschwindigkeiten sind in der dargestellten Weise gegeben und die interpolierten Ausgangskurven sind nicht gestört. Wie in Fig. 9B gezeigt ist, ist lediglich der an der Ecke vorhandene Fehler ein Servofehler, der proportional ist zu einer Vorschubgeschwindigkeitsänderung in der interpolierten Ausgangs-Endgröße zwischen den Blöcken (x2 bis y1). Dieser Fehler läßt sich sehr stark durch Reduzieren des Parameters, d. h. der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz (0,2Vx im vorliegenden Beispiel) verkleinern.

Fig. 10 bis 13 zeigen die Ergebnisse eines gemäß der Erfindung simulierten Experiments. Fig. 10 zeigt die Befehle in den jeweiligen Blöcken. In jeder der Fig. 11 13 wird die X-Achse als Steuerachse verwendet, und der durch den X-Achsen-Treibermotor fließende Strom ist für verschiedene zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen gegenüber der X-Achse aufgetragen, wobei die Stromwellenform einer X-Achsen-Geschwindigkeitswellenform entspricht.

Fig. 11 zeigt Blockcodes N1, N2, ..., N10 in dem Bearbeitungsprogramm. In Fig. 11 wird die zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die X-Achse zu 0 mm/min

gewählt, was bedeutet, daß wenn die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz bei einem Blockübergang für die X-Achse ihren zulässigen Einstellwert V (welcher hier 0 ist)

LjA.

überschreitet, die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz auf den zulässigen Einstellwert reduziert wird und mithin die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse am Übergang auf 0 reduziert wird, wenn zwischen den Soll-Vorschubgeschwindigkeiten zwischen den Blöcken eine Differenz vorhanden ist. Wie aus den Fig. 10 und 11 entnehmbar ist, beträgt der Soll-Weg in positiver Richtung entlang der X-Achse 100,00 mm und die Vorschubgeschwindigkeit F beträgt 4000 mm/min, im ersten Block N1. Die Ist-Motorgeschwindigkeit erreicht 4000 mm/min. Im Block N2 beträgt der Soll-Weg +50,00 mm und die Vorschubgeschwindigkeit F beträgt 2000 mm/min. Folglich beträgt die absolute Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die X-Achse zwischen den Blöcken N1 und N2 |2000 - 4000J= 2000. Da diese absolute Geschwindigkeitsdifferenz größer ist als V_TV (=0), wird die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse am Übergang "1" auf 0 reduziert. Die momentane Wellenform erreicht nicht den Nullpegel, wenn der Befehl im nächsten Block N2 an den Motor gegeben wird, bevor die Vorschubgeschwindigkeit auf 0 abfällt, und zwar wegen der Ansprechverzögerung des Motors.

In ähnlicher Weise gibt es Geschwindigkeitsdifferenzen an den Übergängen zwischen den Blöcken N2, N3,..., und die Vorschubgeschwindigkeit wird so gesteuert, daß sie an jedem Übergang auf 0 abfällt. Obschon sowohl die Soll-Vorschubgeschwindigkeiten F in den Blöcken N6, N7 gemäß Fig. 10 4000 beträgt, beträgt die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz + 4000 - -4000 = 8000, weil die Vorzeichen der inkrementalen Wege entlang der X-Achse einander entgegengesetzt sind.

1&

Fig. 12 zeigt eine ansprechend auf die in Fig. 10 gezeigr ten Befehl> aufgezeichnete Vorschubgeschwindigkeits-Wellenform, wobei die zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz 500 mm/min beträgt. In Fig. 12 fällt die interpolierte Soll-Vorschubgeschwindigkeit nicht zwischen benachbarten Blöcken auf 0 ab, und zwar aufgrund der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz von 500 nun/min.

Ein Vergleich der Geschwindigkeitswellenformen nach den Fig. 11 und 12 zeigt, daß die Vorschubgeschwindigkeit vom Nullpegel entfernt ist und an den übergängen "1", "5" und "8" in Fig. 12 glatter variiert als die Vorschubgeschwindigkeit in Fig. 11 . Da die interpolierte Ausgangsgröße nicht bei jedem Blockübergang den Nullpegel erreicht, verkürzt sich die Zeit, die das Werkzeug zum Zurücklegen des gesamten Weges benötigt, was durch die Beziehung T12<T 11 in den Fig. 11 und 12 bestätigt wird.

Die Vorschubgeschwindigkeitswellenform in Fig. 13 wurde aufgezeichnet, als die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz 9999 mm/min betrug. Da die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zwischen benachbarten Blöcken N1 bis N13 in Fig. 10 den Wert 9999 mm/min nicht überschreitet, wird die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den benachbarten Blöcken direkt auf den Motor gegeben. Die Wellenform nach Fig. 13 ist daher an jedem Blockübergang eine Exponentialkurve. Die Zeit T13, die für den Durchlauf vom Block N1 zum N10 benötigt wird, ist kurzer als die Zeit T12. In Fig. 13 gibt es eine Geschwindigkeitsänderung von 8000 mm/min innerhalb von 0,5 see am übergang zwischen den Blöcken N6 und N7. In den Fig. 11 und 12 erfolgt eine solche Vorschubgeschwindigkeitsänderung in mehr als einer Sekunde. Daher kann der Geschwindigkeitsverlauf entsprechend der in Fig. 13 gezeigten Geschwindigkeitswellenform auf das Antriebssystem einwirkende mechanische Stöße verringern.

Die Figuren 14 bis 18 zeigen die Ergebnisse eines weiteren simulierten Experiments gemäß der Erfindung.

Fig. 14 zeigt im oberen Teil ein X-Y-Koordinatensystem, welches die Soll-Bewegungsfähige für die Blöcke N1

bis N 13 darstellt. Fig. 14 zeigt außerdem im unteren Teil die Befehle in den jeweiligen Blöcken NO bis N13 für die X- und die Y-Achse sowie die absoluten Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen diesen Blöcken. 10

Fig. 14 bis 18 zeigen, daß, wenn irgendeine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Blöcken für die X-Achse eine zuläsäge Geschwindigkeitsdifferenz V_TV. übersteigt, die Soll-Vorschubgeschwindigkeit für

X-Achse dadurch beeinflußt wird.

In Fig. 15 wird die zulässige Vorschubgeschwindigkeit auf 0 mm/min gewählt. Da die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen benachbarten Blöcken für die X-Achse nicht 0

ist, übersteigt sie die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz. Folglich wird die Vorschubgeschwindigkeit entlang der kombinierten Achse so gesteuert, daß sie bei jedem Blockübergang auf 0 abfällt auf Grund der Verzögerung 0 für die Y-Achse. Bei jedem über-

gang "1" bis "8" in Fig. 15 stellen die interpolierten Befehle die Vorschubgeschwindigkeit 0 für die X-Achse dar, doch liegt die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeitswellenform für die X-Achse etwas höher als der Nullpegel, vorursacht durch die Ansprechverzögerung des Motors. Die Zeit T15 für den Durchlauf vom Block N1 zum Block N9 beträgt etwa 17,5 see. .

Die zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz nach Fig. 16 wird auf V_ =500 mm/min gewählt. Die Bewegungs-

befehle sind so gegeben, wie es in Fig. 14 gezeigt ist.

In Fig. 16 fällt die interpolierte Soll-Vorschubgeschwindigkeit nicht auf den Nullpegel ab, wie bei den

übergängen "1" und "2" gezeigt ist, und zwar deshalb nicht, weil die absolute Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Blöcken N1 und N2 für die Y-Achse 1000 mm/r in beträgt, was mehr ist als V_T = 500 mm/min.

J-IJL

Die Verzögerung für die Y-Achse beträgt 500/1000 = 0,5, und die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse ändert sich nicht. Die interpolierte Vorschubgeschwindigkeit für die kombinierte Achse wird wegen der Y-Achsen-Verzögerung von 0,5 bei den Blockübergangen auf 0,5 abgesenkt. Deshalb wird am übergang "1" die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse von 4000 mm/min abgesenkt auf 2000 mm/min. Tatsächlich jedoch liegt die aufgezeichnete Vorschubgeschwindigkeit höher als 2000 mm/min, weil der Motor eine Ansprechverzögerung aufweist. Aus dem gleichen Grund reduziert sich die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse am übergang "2" auf 2000 mm/min (interpolierte Ausgangsgröße) unter dem Einfluß der Geschwindigkeitsdifferenz für die Y-Achse.

Die Soll-Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz am übergang "3" beträgt 5000 mm/min, wie Fig. 14 zeigt. Die Y-Achsen-Verzögerung beträgt daher 500/(5000 χ K) = 0,1, und die Vorschubgeschwindigkeit für die X-Achse von 4000 mm/min wird abgesenkt auf 4000 χ 0,1 = 400 am Übergang "3". Obschon wegen der Ansprechverzögerung des Motors die aktuelle Vorschubgeschwindigkeit nicht bis auf 400 mm/min reduziert wird, ist die Differenz zwischen den Vorschubgeschwindigkeiten am Übergang '3 "und am übergang "1" und "2¹¹ aus Fig. 16 ersichtlich. Die Vorschubgeschwindigkeiten an den anderen Übergängen "4" bis "10" werden in ähnlicher Weise gesteuert.

Die Zeit T16 für den Durchlauf vom Block N1 zum Block N9 beträgt etwa 16 see, was weniger ist als die Zeit T15 in Fig. 15. Dies ist darauf zurückzuführen,

daß die interpolierte Vorschubgeschwindigkeit (unter der Annahme, daß die Beschleunigung konstant ist) nicht auf 0 abfällt.

Fig. 17 zeigt eine Vorschubgeschwindigkeits-Wellenform für den X-Achsen-Motor, der von den Befehlen angesteuert wird, wenn die zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen V und V auf 1000 mm/min gewählt

LjA LjX

werden. In Fig. 17 sind die Vorschubgeschwindigkeitsänderungen an den übergängen zwischen den Blöcken N1 und N2 und außerdem zwischen den Blöcken N2 und N3 eliminiert. Da die absoluten Geschwindigkeitsdifferenzen für die Y-Achse zwischen diesen Blöcken 1000 mm/min beträgt, wie Fig. 14 zeigt, beträgt die Verzögerung (zulässige Geschwindigkeitsdifferenz/Geschwindigkeitsdifferenz χ K) = 1000/1000 = 1,0 (=100%). Mithin ist die Antwort auf die im Schritt 4 in Fig. 7A erfolgende Anfrage "nein", und der Verzögerungsschritt 7 wird umgangen. Anders ausgedrückt: die Geschwindigkeitsdifferenz von 1000 mm/min für die Y-Achse zwischen den Blöcken N1 und N2 und den Blöcken N2 und N3 übersteigt nicht die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz, und sie wird vernachläßigt. Die Zeit T17 vom Block N1 zum Block NT7 beträgt etwa 14,7 see.

In Fig.18 werden die zulässigen Geschwindigkeitsdifferenzen V__v und V_x„ auf 9999 mm/min gewählt.

LjA LjI

Sämtliche Geschwindigkeitsdifferenzen für die Y-Achse nach Fig. 14 sind kleiner als 9999 mm/min, und die Verzögerung für die Y-Achse ist größer als 1. Daher erfolgt keine Verzögerung bei jedem Blockübergang bezüglich der Geschwindigkeitsdifferenz für die Y-Achse. Die Vorschubgeschwindigkeits-Wellenform für den X-Achsen-Motor ist bei etwa 4000 mm/min flach. Die Zeit für den Durchlauf zwischen den Blöcken ist kürzer als die Zeit T17 in Fig. 17, obschon dies nicht gezeigt ist, weil in Fig. 18 die Blöcke nicht klar definiert sind.

Im folgenden sollen einige Modifizierungen der vorliegenden Erfindung angegeben werden.

Es ist nicht notwendig, daß die Parametereinstelleinheit 72B in Fig. 5 zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen für sämtliche Steuerachsen der Werkzeugmaschine 10 eingibt. Stattdessen kann lediglich eine Steuerachse (vorzugsweise eine solche, die sehr großen Vorschubgeschwindigkeitsänderungen unterworfen ist) für die Steuerung anhand einer solchen zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz ausgewählt werden. Bei einer solchen Modifizierung berechnet sich die Verzögerung Q für die einzige Steuerachse in der Verzögerungs-Berechnungseinheit 56 nach Fig. 4.

Wenn Q<1, kann als kleinste Verzögerung Qi die Verzögerung Q (<1) verwendet werden.

Anstatt für die Steuerung eine einzige Steuerachse auszuwählen, können mehrere Steuerachsen (wenn auch nicht alle) alternativ ausgewählt werden.

Die Werte für die zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen brauchen nicht als Parameter vorzuliegen, sie können auch vorab als Konstanten gegeben werden, wenn eine zu steuernde Werkzeugmaschine identifiziert werden kann.

Da die Werte für die zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen im beschriebenen Ausführungsbeispiel als Parameter gegeben sind, können die größten zulässigen Vorschubgeschwindigkeiten für die jeweiligen Steuerachsen angegeben werden. Obschon beim obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel die von der erfindungsgemäßen numerischen Steuervorrichtung gesteuerte Werkzeugma- !

schine eine Fräsmaschine ist, ist die Erfindung nicht auf eine Fräsmaschine beschränkt, sondern auch anwendbar bei der Steuerung einer Laser-Werkzeugmaschine ■ beispielsweise. Da eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung I

eines Werkstücks zur Erzielung einer bestimmten Kontur durch Bewegungsbefehle von einer numerischen Steuervorrichtung betrieben wird, unabhängig davon, ob die Werkzeugmaschine ein Fräswerkzeug oder einen Laserstrahl verwendet, lassen sich die grundlegenden Merkmale der Erfindung auch bei einer solchen Werkzeugmaschine anwenden.

Claims (15)

1. DR.UKADOR

   PATENTANWALT

   Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha 2-11, Ginza 4-chome, Chuo-ku Tokyo 104/Japan

   Verfahren und Vorrichtung für die numerische Steuerung mit Geschwindigkeitsdifferenz-Verminderung

   PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Steuern einer numerisch gesteuerten Maschine, die zur Bearbeitung eines Weitetücks nach einem Bearbeitungsprogramm mehrere Steuerachsen aufweist,

   gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Festlegen einer zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für mindestens eine ausgewählte Steuerachse,

   - Berechnen einer Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die ausgewählte Steuerachse aus Befehlsdaten aufeinanderfolgender Blöcke in dem Bearbeitungsprogramm, - Berechnen einer Verzögerung für die ausgewählte Steuerachse aus der festgelegten zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz und der berechneten Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz , und

   - Halten der Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz innerhalb des zulässigen Vorschubgeschwindigkeits-Werts auf der Grundlage der berechneten Verzögerung, wenn ein Block-Block-Übergang erfolgt.
2. 2. Vorrichtung zur numerischen Steuerung der Bearbeitung eines Werkstücks nach einem Bearbeitungsprogramm,

   gekennzeichnet durch:

   - eine Einrichtung zum Festlegen einer zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für mindestens eine ausgewählte Steuerachse der Vorrichtung,

   - eine Einrichtung zum Berechnen einer Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die Steuerachse aus den Befehlsdaten in aufeinanderfolgenden Blöcken des Bearbeitungsprogramms für die Steuerachse,

   - eine Einrichtung zum Berechnen einer Verzögerung für die Steuerachse aus der festgelegten zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz und der berechneten Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz, und - eine Einrichtung, die aus der berechneten Verzögerung einen Punkt für den Beginn der Verzögerung in einem aktuellen Block berechnet, wodurch auf der Grundlage der berechneten Verzögerung die Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz an einem Block-Block-Übergang innerhalb der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz gehalten wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine mehrere Steuerachsen besitzt, und daß die Festlege-Einrichtung mehrere zulässige Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen für die jeweiligen Steuerachsen festlegt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e kennzeichnet, daß die Verzögerungs-Be-

   rechnungseinrichtung eine Einrichtung enthält zum Berechnen mehrerer Verzögerungen für die jeweiligen Steuerachsen, sowie zum Spezifizieren einer der berechneten Verzögerungen.
   35
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungs-Berechnungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die auf der Grundlage einer in dem Block für jede Steuerachse gespeicherten Soll-Vorschubgeschwindigkeit, einer dem Block für jede Steuerachse entsprechenden Ist-Vorschubgeschwindigkeit und der für diese Steuerachse festgelegten Block-Block-Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für die jeweilige Steuerachse, die Verzögerung von dem aktuellen Block auf den nachfolgenden Block berechnet.
6. ,r 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekenn ζ e ichne t, daß die VerzÖgerungs-Berechnungseinrichtung eine Einrichtung aufweist zum Berechnen der Verzögerung als Verhältnis der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zu der Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Blöcken.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver-

   OC zÖgerungs-Berechnungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die als die Verzögerung das Verhältnis der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz zu einer momentan vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz, die durch Multiplizieren der Vorschubgeschwindigkeits-

   OQ differenz zwischen den Blöcken mit einem Sichtungs-Prozentsatz erzeugt wird, berechnet.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche die berechnete

   ok Verzögerung aus den Steuerdaten für die jeweilige

   Steuerachse ausschließt, wenn die berechnete Verzögerung mindestens 1 beträgt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Auswählen des kleinsten der berechneten Verzögerungswerte.
10. 10· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß die Einrichtung, die einen Punkt für den Beginn der Verzögerung berechnet, einen Interpolator enthält, der das Produkt des kleinsten der von der Verzögerungs-Berechnungseinrichtung ge-5 lieferten Verzögerungswerte und der Vorschubgeschwindigkeit eines von der Vorrichtung gesteuerten Gegenstands als ein Soll-Vorschubgeschwindigkeitssignal ausgibt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Interpolator eine Einrichtung enthält zum Berechnen eines Startpunkts für die Verzögerung in dem laufenden Block und zum Berechnen von Anfangs- und End-Vorschubgeschwindigkeiten nach der Verzögerung.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden,

    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen eines Startpunkts für die Verzögerung einen Interpolator aufweist, wobei der Startpunkt für die Verzögerung bestimmt wird durch das Produkt der momentanen Vorschubgeschwindigkeit für jede der Steuerachsen und der Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz, welche am stärksten von der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für jede Steuerachse zwischen dem momentanen Block und dem nachfolgenden Block abweicht.

    35Λ57
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlege-Einrichtung eine Einrichtung enthält zum Festlegen der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz für diejenige der Steuerachsen, die einer größeren Vorschubgeschwindigkeitsänderung ausgesetzt ist als die anderen Steuerachsen.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k en n-

    zeichnet, daß jede der zulässigen Vorschubgeschwindigkeitsdifferenzen vorab als Konstante ausgewählt und eingegeben wird.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden,

    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in Verbindung mit einer Fräsmaschine eingesetzt wird.