DK168678B1 - Styresystem til en værktøjsmaskine og fremgangsmåde til maskinel bearbejdning af et roterende arbejdsstykke - Google Patents

Description

i DK 168678 B1

Den foreliggende opfindelse angår et styresystem til en værktøjsmaskine til maskinel bearbejdning af en flade på et omkring en akse roterende arbejdsstykke med en arbejdsstykkedrivenhed, som holder arbejdsstykket og sætter det i rotation, og en vi nkel positionskoder, 5 som frembringer et signal svarende til vinkelpositionen af arbejdsstykket, med en værktøjsdrivenhed og et af denne i retning til og fra arbejdsstykket bevægeligt værktøj samt med en værktøjspositionsomsætter, som frembringer et tilbagekoblingssignal svarende til værktøjspositionen ved denne bevægelse, og en værktøjshastighedsom-10 sætter, som frembringer et tilbagekoblingssignal svarende til hastigheden af denne værktøjsbevægelse og med en datamat til frembringelse af en følge af digitale signaler, som fastlægger på hinanden følgende værktøjspositioner ved definerede positioner af arbejdsstykket, samt med et i datamaten tilvejebragt lager for disse 15 digitale signaler.

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til maskinel bearbejdning af en flade på et omkring en akse roterende arbejdsstykke, ved hvilken der frembringes et signal, som repræsenterer vinkelpositio-20 nen af det roterende arbejdsstykke, hvor der ud fra indlæsedata frembringes en følge af digitale signaler, som fastlægger på hinanden følgende krævede værktøjspositioner ved definerede vinkelpositioner på arbejdsstykket for at bibringe arbejdsstykket et forudbestemt profil, hvilken følge af digitale signaler derefter lagres, 25 hvorpå de digitale signaler behandles for at omsættes til et analogt signal svarende til de krævede værktøjspositioner, og hvor værktøjet bevæges i overensstemmelse med dette analoge signal til og fra arbejdsstykket.

30 i de senere år er datamatstyring af værktøjsmaskiner blevet stærkt udviklet. Datamaten frembringer en følge af digitale signaler, som anvendes til at positionere værktøjet til tilvejebringelse af et krævet profil på arbejdsstykket. I almindelighed beregner datamaten de krævede digitale signaler forud og fører dem til et lager, hvor 35 de beholdes og til krævede tidspunkter føres til et sædvanligt værktøjsbevægelsessystem, som omfatter en værktøjsslæde, der bevæges af en motor over en til spændingsspindel. Det er ikke altid nødvendigt, at der er en værktøjspositionstilbagekobling, og motoren kan således være en skridtmotor, der styres ved nedtælling af et DK 168678 B1 2 register, som indeholder et signal svarende til det krævede antal skridt af motoren til frembringelse af den krævede værktøjsposition.

På grund af den forholdsvis lave relative rotationshastighed mellem 5 værktøjet og arbejdsstykket og som følge af fraværet af en værktøjspositionstilbagekobling kan frembringelsen af de digitale signaler let håndteres af en datamat af beskeden størrelse. Endvidere er slædens inerti tilstrækkelig til at udjævne den skridtformede beskaffenhed af signalet, som tilføres motoren.

10

Hvis den relative rotationshastighed af værktøjet og arbejdsstykket imidlertid forøges stærkt, og hvis værktøjet skal kunne ændre sin position inden for én omdrejning, optræder der en helt anden situation. Det er for det første nødvendigt at have et værktøj, som er i 15 stand til at kunne bevæges endog meget hurtigt, dvs. en værktøjsholder med en lav inerti. Værktøjspositionstilbagekobling er nødvendig for at sikre, at positionen af værktøjet ændrer sig nøjagtigt inden for hver omdrejning. Ved disse hastigheder vil sædvandiigt anvendte datamater frembringe digitale værktøjsstyresignaler ved en 20 hastighed, som er utilstrækkeligt lav til at tillade værktøjsholderen at bevæge sig i overensstemmelse med sådanne signaler. Værktøj sholderen vil skulle have uendelig acceleration mellem efter hinanden følgende signaler, og dette er tydeligvis ikke muligt. Datamaten har således ikke kapacitet til at frembringe signaler ved 25 en frekvens, der er tilstrækkelig til at tillade værktøjsholderen at udføre de krævede bevægelser.

Denne manglende kapacitet af sædvanlige datamater medfører det yderligere problem, at datamaten er ude af stand til at udføre den 30 krævede tilbagekoblingsstyring, samtidig med at de krævede høje rotationshastigheder opretholdes. Hvis datamaten nemlig skal kunne frembringe digitale værktøjsstyresignaler ved et betydeligt antal positioner inden for én omdrejning (hvilket kan være nødvendigt for at fastlægge mange krævede profiler), vil datamaten almindeligvis 35 være ude af stand til at lagre alle de krævede digitale signaler for bearbejdningsoperationen.

Fra GB-A-2.061.554 kendes eksempelvis en typisk CNC (Computer Numerical Control)-værktøjsmaskine til en arbejdsmåde ved lav DK 168678 B1 3 hastighed, hvor profil signal erne frembringes uafhængigt af en central datamat i af datamaten fastlagte tidsintervaller, idet datamaten indstilles til dette formål over en hastighedsvælger. De styreimpulser, som danner profilsignalerne, bliver af en frekvens-5 spændings-omformer omdannet til et signal for at drive værktøjet henholdsvis arbejdsstykket. Selv om drivmotorerne er forsynet med different!al-tilbagekoblingssløjfer, bliver positionsstyringen udført digitalt ved hjælp af styrekredsene, som af impulsgeneratorer tilføres impulser, der bearbejdes digitalt i styrekredsene, hvoref-10 ter der sker en omsætning til analoge signaler, som modtages af motorstyrekredsene. Ved denne kendte værktøjsmaskinstyring sker der ikke, og kan der ikke ske nogen ændring i det aksiale profil.

Endvidere er omdrejningstallet af den som arbejdsstykke anvendte krumtapaksel lavt, og værktøjet bevæger sig kun langsomt i forhold 15 til arbejdsstykket.

Det har derfor i almindelighed hidtil ikke været muligt at bearbejde komplicerede profiler på et arbejdsstykke ved numerisk datamatstyring ved de hastigheder, der kræves til kommerciel produktion.

20

En sådan maskinel bearbejdning har i almindelighed været udført af kamføl germaskiner, hvor en formet kamskive berøres af en kamfølger, hvis bevægelse overføres til værktøjet. Produktionen af de formede kamskiver er imidlertid både tidsrøvende og kostbar, og anvendelsen 25 af kamskiver gør processen ufleksibel. Desuden er den hastighed, ved hvilken en kamfølger kan følge en kamskive, begrænset, da kamføl geren ved høje rotationshastigheder kan løftes bort fra kamskiven og således indføre unøjagtigheder i arbejdsstykket.

20 Formålet med opfindelsen er at afhjælpe de nævnte ulemper og tilvejebringe et styresystem af den indledningsvis angivne art, ved hvilket en maskinel bearbejdning af arbejdsstykker er mulig med høje hastigheder, idet også komplicerede ikke cirkulære profiler skal kunne frembringes, og alligevel skal en forholdsvis simpel datamat 25 være tilstrækkelig.

I apparatmæssig henseende bliver dette formål i henhold til den foreliggende opfindelse opnået ved hjælp af et styresystem af den indledningsvis angivne art, der er ejendommeligt ved, at der til DK 168678 B1 4 værktøjet hører en Z-positions-drivenhed til dets bevægelse i retning af rotationsaksen for arbejdsstykket samt en fladepositionskoder, som frembringer et signal svarende til positionen af værktøjet i denne aksi ale retning, at datamaten ud fra de 5 tilførte data frembringer en følge af digitale signaler, som fastlægger de på hinanden følgende værktøjspositioner ved definerede vinkel- og fladepositioner på arbejdsstykket, og at lageret lagrer disse digitale signaler, at lageret er forbundet med vinkelpositionskoderen og fladepositionskoderen og afgiver digitale signaler 10 svarende til de fra disse kodere tilførte positionssignaler til en signalprocessor efter hinanden til omdannelse til analogt signal svarende til den krævede værktøjsposition, og at et lukket analogt reguleringssystem med sin indgang er sluttet til signalprocessoren og indeholder værktøjspositionsomsætteren og -hastighedsomsætteren 15 samt X-positions-drivenheden for værktøjet.

I fremgangsmådemæssig henseende bliver det angivne formål opnået ved en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, som er ejendommelig ved, at værktøjet bevæges henover arbejdsstykkefladen i 20 retning af arbejdsstykkets rotationsakse for at frembringe et variabelt profil i to på hinanden vinkelrette retninger, at der frembringes et signal, som repræsenterer positionen af værktøjet i denne aksiale retning over arbejdsstykkefladen, og at de digitale signaler afgives svarende til vinkel- og fladepositionssignalerne, 25 samt at en analog regulering i lukket sløjfe udføres på basis af det analoge signal med værktøjspositions- og -hastighedssignaler for at •frembringe det forudbestemte arbejdsstykkeprofil.

Med foranstaltningerne ifølge opfindelsen er det muligt at overvinde 30 de foran angivne problemer og også at fremstille komplicerede i akseretning varierende profiler ved høje hastigheder. Kort angivet er afgivelsen af profil signal erne under styring af arbejdsstykke-vinkel- og -aksialpositionssignalerne (så at en nøjagtig korrelation mellem arbejdsstykkeposition og værktøjsbevægelse muliggøres) samt 35 opgavedelingen med den analoge reguleringssløjfe (så at datamaten ikke belastes med tilbagekoblingsreguleringen) er her af betydning. Derved er det også muligt som datamat at anvende en mikroprocessor for at styre den maskinelle bearbejdning, hvor den maskinelle bearbejdning alligevel kan ske med høj hastighed, og komplicerede DK 168678 B1 5 ikke-runde profiler kan frembringes. Værktøjet bliver sat i gang ved hjælp af et kontinuerligt signal, og det er derfor ikke nødvendigt, at det skal kunne bevæge sig med uendelig acceleration.

5 Heri ligger også væsentlige forskelle i sammenligning med yderligere kendte styringer. Således kendes der f.eks. fra US-A-4.341.986 et servosystem til positionering af en projektor, hvor der bl.a. ikke findes nogen med de nævnte kodere sammenlignelige anordninger. Der sker heller ikke nogen afgivelse af positionssignaler ved hjælp af 10 datamaten i afhængighed af nogle værdier for faktisk position, tværtimod lægges der kun vægt på nøjagtigheden af positioneringen af projektoren svarende til de af datamaten frembragte signaler.

Noget lignende gælder også for det i US-A-3.939.390 viste styresy-15 stem til en værktøjsmaskine, hvor indgangsdata holdes i registre i en styreenhed og direkte overføres til en servomekanisme. Selv om der her er henvist til høje hastigheder, fremgår det dog, at disse hastigheder - eksempelvis 12 m/min = 200 mm/s - ligger langt under den med det foreliggende styresystem mulige værktøjshastighed 20 (f.eks. 5 mm på 140 /is). Også EP-A-34.229 beskæftiger sig i hovedsagen blot med et tilbagekoblingssystem og ikke med frembringelsen af styresignaler. Endvidere egner heller ikke reguleringsanordningen til en værktøjsmaskine ifølge DE-A-2.041.545, hvor der ligeledes ikke findes nogen styring af afgivelsen af styresignaler i overens-25 stemmelse med nogle positionssignaler af en eller anden art sig ikke til en maskinel bearbejdning af arbejdsstykker med høje hastigheder henholdsvis til frembringelse af komplicerede profiler, da der mangler et system, som ville være i stand til at frembringe de krævede værktøj spos i ti onssi gnaler.

30

For at kunne klare sig problemfrit med lille datamat- og lagerkapacitet er det ifølge opfindelsen en særlig fordel, at lageret under hvert tidsinterval i en følge af ens tidsintervaller afgiver digitale signaler, og at signalprocessoren omsætter hvert digitalt 35 signal til et værktøjspositionssignal med konstant amplitude svarende til værdien af det tilhørende digitale signal, at signalprocessoren derpå ud fra følgen af værktøjspositionssignalerne med konstant amplitude frembringer det analohe signal, som ændrer sig fremadskridende, således at ved enden af på hinanden følgende DK 168678 B1 6 tidsintervaller, som hvert er lig med værktøjspositionssignal ernes tidsinterval, står amplituden af det analoge signal i relation til de på hinanden følgende værdier af værktøjspositionssignalerne.

5 For på simpel måde at udlede ønskeværdi signal erne er det endvidere fordelagtigt, at signalprocessoren lagrer hvert værktøjspositionssignal indtil modtagelsen af det næste værktøjspositionssignal og derpå afgiver et kontinuerligt signal, hvis begyndelsesværdi er lig med værdien af det første værktøjspositionssignal, og hvis slutværdi 10 er lig med værdien af det næste værktøjspositionssignal, idet de kontinuerlige signaler danner det analoge signal. Det er her endvidere gunstigt, at ved forskellige amplituder af på hinanden følgende værktøjspositionssignaler har det deraf frembragte kontinuerlige signal på simpel måde en lineær stigning eller et lineært fald.

15

En frem for alt i henseende til forud fastsættelsen af profil dataene fordelagtig udførelsesform for styresystemet ifølge opfindelsen er endvidere ejendommelig ved, at hvert digitalt signal frembragt af datamaten i et tidsinterval er dannet af en bitgruppe, som repræ-20 senterer den krævede værktøjsposition for dette tidsinterval, og at en digital/analog-omsætter forefindes til omsætning af bitgrupperne til værktøjspositionssignalerne. Det er her endvidere gunstigt, at datamaten under i det mindste nogle af tidsintervallerne ud fra dataene frembringer bitgrupper svarende til nogle af de fremtidige 25 værktøjspositioner, som tilføres lageret, og at datamaten under ethvert tidsinterval fra lageret på udgangen afgiver en bitgruppe svarende til den for dette tidsinterval krævede værktøjsposition.

På tilsvarende måde er det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen 30 gunstigt, at der af følgen af de digitale signaler i ethvert af en tilsvarende følge af ens tidsintervaller frembringes et signal med konstant amplitude svarende til de digitale signaler, og at værktøjspositionssignalerne behandles for at frembringe det kontinuerlige signal, som ændrer sig fremadskridende, således at ved enden af 35 på hinanden følgende tidsintervaller, som er lig med værktøjspositionssignalernes tidsintervaller, står amplituden af signalet i relation til de på hinanden følgende værdier af værktøjspositionssignalerne. I denne forbindelse foretrækkes det, at datamaten tilføres data, som definerer det ønskede arbejdsstykkeprofil i DK 168678 B1 7 intervaller, som er større end de intervaller, hvori de digitale signaler frembringes, hvor indgangsdataene lagres i lageret og under i det mindste nogle af tidsintervallerne anvendes til beregning af fremtidige værdier af værktøjspositionssignalerne, som er nødvendige 5 til frembringelse af det ønskede profil, hvor de fremtidige værdier føres til lageret, og under hvert interval afgives værktøjspositionssignalet på datamatudgangen svarende til den i dette interval krævede værktøjsposition- Endvidere er det fordelagtigt, at mellemsignalerne mellem definerede profil indgangsdata beregnes ved lineær 10 interpolation.

Til en simpel hurtigt gennemførlig drivbevægelse af værktøjet i radial retning henholdsvis i X-retning er det endelig også fordelagtigt, at X-positions-drivenheden til bevægelse af værktøjet til og 15 fra arbejdsstykket har en lineær motor, som modtager det kontinuerlige signal og bevæger værktøjet i overensstemmelse dermed.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere ved hjælp af to udførelseseksempler og under henvisning til tegningen, hvor 20 fig. 1 viser et skematisk blokdiagram over en første udførelsesform for et styresystem til anvendelse ved højhastighedsbearbejdning af et arbejdsstykke for at give dette et ikke-cir-kulært profil og 25 fig. 2 et skematisk blokdiagram over en anden udførelsesform for styresystemet til anvendelse ved maskinel højhastighedsbearbejdning af et arbejdsstykke for at give det et ikke-cir-kulært profil.

30 på tegningen betegner 10 et arbejdsstykke, som drejes rundt ved høj hastighed af en arbejdsstykkedrivenhed 11. Omdrejningshastigheden af arbejdsstykket kan være af størrelsesordenen 50 omdrejninger pr. sekund (3000 omdrejninger pr. minut).

35 Arbejdsstykket 10 kan være et i hovedsagen cylindrisk emne, såsom et aluminium- eller aluminiumslegeringstempelemne. Arbejdsstykket skal bearbejdes maskinelt til et ikke-cylindrisk profil, der f.eks. kan være et ovalt eller elliptisk tværsnit med varierende aks i ale dimensioner langs arbejdsstykkets aksiale længde til frembringelse DK 168678 B1 8 af en tøndeeffekt. Endvidere eller alternativt kan det være påkrævet at udforme emnet med et antal ophøjede overfladedele. Det vil forstås, at graden af ovalitet eller tøndevirkning eller højden af de ophøjede overfladeområder over resten af stemplet kan være meget 5 meget lille, af en størrelsesorden på kun nogle få eller nogle gange ti mikrometer.

Alternativt kan arbejdsstykket være et emne (ikke vist) til dannelse af en lejeflade. Dette kan være et cylindrisk emne, hvis indre eller 10 ydre overflade skal bearbejdes til et krævet ikke-cylindrisk profil, eller en i hovedsagen plan overflade, som ligger i et plan, der i hovedsagen er vinkelret på dets omdrejningsakse, eller som skal bearbejdes til et krævet ikke-fladt profil til dannelse af et trykleje.

15 . . Arbejdsstykket 10 bearbejdes af et værktøj 26, som beskrives mere detaljeret nedenfor, og som er radialt bevægeligt hen mod og bort fra arbejdsstykket 10 (R-position) af et lukket reguleringssystem 22, der også beskrives mere detaljeret nedenfor. Endvidere findes 20 der en Z-positionsaktuator 29 til at bevæge værktøjet 26 i en retning (Z-retningen) parallelt med omdrejningsaksen for arbejdsstykket 10. Denne Z-positionsaktuator 29 kan enten styres af signaler, der frembringes af styresystemet, eller aktuatoren 29 kan indstilles til at bevæge værktøjet 26 langs arbejdsstykket 10 ved en 25 indstillet hastighed.

Før bearbejdningen forberedes indgangsprofildata, som fastlægger det krævede profil af arbejdsstykket ved en følge af vinkel positioner omkring arbejdsstykket og ved en følge af aksiale positioner langs 30 arbejdsstykket. Vinkelmæssigt (i en Ø-retning) kan profilet fast lægges med intervaller rundt om arbejdsstykket 10 som fald eller formindskelser fra en nominel maksimal radius. Disse intervaller kan f.eks. være 2,5 grader for et stempel eller 0,5 grader for et leje.

Det maksimale fald kan være 1-5 mm i trin på 0,125 mikrometer. Disse 35 vinkelpositioner kan fastlægges ved en følge af aksiale (Z) positioner, som ligger med en afstand af 10 mm langs aksen af arbejdsstykket 10.

Når arbejdsstykket er symmetrisk omkring et eller flere planer DK 168678 B1 9 indbefattende arbejdsstykkets rotationsakse, er det kun nødvendigt at fastlægge indgangsdataene for den indledende symmetriske del. Når f.eks. tværsnittet skal være elliptisk, er det kun nødvendigt at fastlægge indgangsdata for et 90 graders segment af ellipsen mellem 5 de to symmetri pi aner. Endvidere behøver tværsnitsprofilet kun at fastlægges ved de aksi ale intervaller, hvor der er en ulineær ændring i profilet eller ændringsgraden af profilet.

Profil dataene føres til en indgangsenhed 12 i en datamat 13 og føres 10 fra indgangsenheden til et lager 14 i datamaten 13. Datamaten 13 kan være en mikroprocessor.

Arbejdsstykket sættes i rotation, og en vinkelposi- tions-(Ø-positions) koder 15 og en fladepositions-(Z-positions) 15 koder 16 tilfører lageret 14 i sand tid digitale signaler, som fastlægger Θ- og Z-positionerne af arbejdsstykket 10 og værktøjet 26 i forhold til et referencepunkt (maskinnulpunkt). Ø-positionskoderen 15 frembringer et signal hver 2,5 grader (eller 0,5 grader) af arbejdsstykkets rotation, og Z-positionskoderen 16 frembringer et 20 signal hver 10 mikrometer af aksi al bevægelse af værktøjet 26.

Ved modtagelse af Z-positions- og Ø-positionssignalerne frembringer datamaten 13 en gruppe bit svarende til værktøjet krævedes Imposition ved Z,0-positionen for at frembringe det krævede arbejds-25 stykkeprofil. Datamaten 13 gør det på følgende måde. Hvis arbejdsstykket roterer med 50 omdrejninger pr. sekund, og Ø-positions-koderen 15 frembringer et signal hver 2,5 grader, skal datamaten 13 frembringe en gruppe af bit hver 140 mikrosekunder. Ved højere hastigheder og mere komplicerede profiler kan dette tidsinterval 30 naturligvis være mindre end det angivne, f.eks. kan det være 14 mikrosekunder. Da lageret 14 i praksis ikke kan lagre alle de bit, der kræves til at fastlægge det komplette profil af arbejdsstykket 10, beregner en beregningsenhed 17 i datamaten 13 nogle få begyndelsesgrupper af bit ud fra indgangsdataene indeholdt i lageret 14 35 og fører disse begyndelsesgrupper til lageret 14, hvorfra begyndelsesgrupperne udlæses til en signalbehandlingsenhed 19, der beskrives mere detaljeret nedenfor, linder den resterende del af 140 mikrosekundintervallet mellem grupperne frembringer beregningsenheden grupper af bit for efterfølgende fremtidige værktøjspositioner.

DK 168678 B1 10

Antallet af således frembragte grupper afhænger af den tid, der er til rådighed inden for hvert interval, og kapaciteten af lageret 14 til at indeholde sådanne grupper.

5 Det vil forstås, at frembringelsen af disse grupper ud fra indgangsdataene vil indebære interpolation mellem indgangsdataene, fordi grupperne kan være påkrævet med intervaller, som er mindre end de intervaller, ved hvilke indgangsdataene er givet. I dette tilfælde er interpolationen fortrinsvis en lineær interpolation, selv 10 om det vil forstås, at datamaten 13 kan være programmeret til at frembringe en hvilken som helst anden krævet interpolation. Desuden vil datamaten 13 være programmeret til at frembringe grupper for hele omkredsprofilet af arbejdsstykket, selv når indgangsdataene kun fastlægger en del af et symmetrisk profil. Når profilet f.eks. er 15 elliptisk, og indgangsdataene kun fastlægger 90 grader af ellipsen, vil beregningsenheden 17 beregne grupper omkring hele det elliptiske profil.

Det vil forstås, at da ikke alle fremtidige grupper beregnes før 20 påbegyndelsen af bearbejdningen, kræver lageret 14 ikke en betydelig kapacitet, og lageret 14, som findes i gængse mikroprocessorer, vil i de fleste tilfælde være tilstrækkeligt.

Datamaten 13 afgiver således en følge af grupper af bit, som fast-25 lægger efter hinanden følgende værktøjspositioner frembragt i sand tid med tidsintervaller, der er bestemt af signalerne fra 0-po-sitionskoderen 15 og Z-positionskoderen 16. Denne følge af bitgrupper modtages af en digital-til-analogomsætter 18, der omsætter hver af følgen af grupper til et værktøjspositionssignal (værktøjshol-30 derpositionssignal) med konstant amplitude svarende til værdien af den tilsvarende gruppe af bit, og varigheden af hvert værktøjsholderpositionssignal er den samme som intervallet mellem efter hinanden følgende grupper.

35 Dette udgangssignal (der i virkeligheden er en række af efter hinanden følgende skridt) føres til en skridtomsætter 20 i signalbehandlingsenheden 19. I skridtomsætteren 20 lagres amplituden af hvert signal, indtil det næste efterfølgende signal modtages. Så snart amplituden af det næste efterfølgende signal er blevet DK 168678 B1 11 fastlagt, udlæser skridtomsætteren 20 et kontinuerligt signal, der har en begyndelsesværdi lig med værdien af det første modtagne signal, og som har en slutværdi lig med værdien af det næste efterfølgende signal. Det er klart, at hvis der er en forskel i amplitude 5 mellem de to efter hinanden følgende signaler, vil det kontinuerlige signal stige eller falde progressivt mellem disse begyndelses- og slutværdier. Denne stigning eller dette fald kan være lineært, men behøver ikke nødvendigvis at være det.

10 Udgangssignalet fra skridtomsætteren 20 er således et kontinuerligt signal, der ændrer sig fremadskridende, så at ved enden af efter hinanden følgende tidsintervaller lig med tidsintervallerne af de digitale signaler står amplituden af signalet i relation til de efter hinanden følgende værdier af de digitale signaler. Dette 15 kontinuerlige signal kan således betragtes som det analoge til følgen af værktøjsholderpositionssignaler, som repræsenterer den krævede radiale position af værktøjet 26 ved en følge af (0,Z)-positioner på arbejdsstykket 10.

20 Dette kontinuerlige signal føres som et indgangssignal til en tilbagekoblingsreguleringsanordning 21 i det kontinuerlige lukkede analoge reguleringssystem 22. Udgangssignalet fra tilbagekoblingsreguleringsanordningen 21 føres til en værktøjsaktuator 23, der bevæger værktøjet og værktøjsholderen i en radial retning i over-25 ensstemmelse med udgangssignalet (X-positionsdrivenhed). Udgangssignalet fra værktøjsaktuatoren overvåges af en radial positionstransducer 24 for værktøjet (proportional-tilbagekobling) og en radial hastighedstranducer 25 for værktøjet (differentialtil bagekobling), som tilvejebringer tilbagekobl ingsværktøjsposi-30 tions- og værktøjshastighedssignaler til tilbagekoblingsreguleringsanordningen 21, som anvender disse tilbagekoblingssignaler til at modificere det kontinuerlige signal (ønsket værdi) fra signalbehandlingsenheden 19 i overensstemmelse med tilbagekoblingssignalerne (faktisk værdi).

35

Datamaten 13 skal således ikke tage sig af tilbagekoblingsreguleringen af værktøjspositionssignalet. Dette sker på rent analog måde i det lukkede reguleringssystem 22. Dette er en anden faktor, som tillader, at datamaten 13 er en mikroprocessor, samtidig med at DK 168678 B1 12 høje rotationshastigheder og ændringer af værktøjspositionen inden for en omdrejning opretholdes.

Virkningen af skridtomsætteren 20 frembringer en tidsforsinkelse i 5 systemet. En yderligere tidsforsinkelse indføres af inertien af værktøjet 26 og den tilhørende værktøjsholder. I almindelighed vil dette ikke være et problem, fordi de, da de er konstante, simpelthen vil bevæge profilet omkring arbejdsstykket med en forudbestemt vinkel, eventuelt en eller to af de efter hinanden følgende Ø-posi-10 tioner 2,5 eller 5 grader. Det kan imidlertid ske, at der kræves et arbejdsstykkeprofil, som har en bestemt rumlig orientering i forhold til en anden særlig arbejdsstykkeegenskab. Når arbejdsstykket 10 f.eks. er et stempel emne, skal stempel profil et måske have en særlig rumlig orientering i forhold til en særlig stempel egenskab, såsom 15 stempel pindboringen. I dette tilfælde kan datamaten 13 programmeres således, at referencepositionerne, ud fra hvilke værktøjspositionerne beregnes, er forskudt en afstand lig med tidsforsinkelsen i systemet. Dette vil bringe profilet til den krævede rumlige orientering.

20 Værktøjsaktuatoren (X-positions-drivenheden) 23 og værktøjsholderen kan have en hvilken som helst passende form, forudsat at de har en båndbredde, som tillader reaktion på styresignalet med tilstrækkelig hastighed til at bevæge værktøjet til den krævede position inden for 25 det krævede tidsinterval. Af denne grund er det ikke muligt at anvende en sædvanlig værktøjsslæde, der bevæges af en skridtmotor ved hjælp af en ledeskrue. Det er heller ikke muligt at anvende en schweizer-drejebænksmekanisme, hvor en motor driver en kamski vebærende aksel over en ledeskrue, idet kamskiverne roterer for at 30 bevæge værktøjsholderne ind i og ud af position. I begge disse tilfælde er inertien og tidsforsinkelsen i systemet så store, at de forhindrer vellykket funktion. Da signalet, som føres til disse aktuatorer, er et kontinuerligt signal, er der ikke noget problem med, at værktøjet skal udføre en uendelig acceleration.

35

Eksempler på egnede værktøjsaktuatorer (X-positions-drivenheden) 23 indbefatter en lavi nerti elektromotor med højt moment med en kamskive monteret direkte på udgangsakslen og med en kamskive, der ligger direkte an mod en svingeligt monteret værktøjsholder for at bevæge DK 168678 B1 13 værktøjsholderen imod en fjederkraft. Alternativt kan værktøjsak-tuatoren omfatte en solenoide, der ligger an mod værktøjsholderen, eller værktøjet 26 kan være monteret direkte på ankeret i solenoiden. Værktøjet kan være monteret på et anker i en lineær 5 motor. En yderligere mulighed er, at værktøjet 26 bevæges af ultralydorganer eller magnetostriktive eller pneumatiske organer, der er i stand til at reagere med en tilstrækkelig hastighed, dvs. har en tilstrækkeligt stor båndbredde.

10 Det vil forstås, at datamaten 13 kan programmeres hurtigt og simpelt for at frembringe et hvilket som helst krævet arbejdsstykkeprofil.

Ved tilvejebringelsen af et tastatur vist punkteret ved 27 er det rent faktisk muligt at ændre arbejdsstykkeprofilet under bearbejdningen. Det vil også forstås, at bearbejdningsoperationen ikke 15 behøver at tjene til bearbejdning af et cylindrisk arbejdsstykke, men den kan bearbejde en i hovedsagen plan overflade til at have et ikke-fladt profil. Endvidere behøver det ikke at være det udvendige af arbejdsstykket, som bearbejdes, men det kan være det indre af arbejdsstykket.

20

Evnen af det ovenfor beskrevne styresystem til at bevæge værktøjet hurtigt indenfor en omdrejning af højhastighedsrotation muliggør, at arbejdsstykker bearbejdes meget nøjagtigt og hurtigt med et hvilket som helst krævet overfladeprofil.

25

Det vil også forstås, at arbejdsstykket ikke behøver at rotere. Det er muligt, at værktøjsholderen roterer, og at arbejdsstykket forbliver stationært. I dette tilfælde skal Ø-positionssignalerne afledes fra en værktøjsholderdrivenhed, der kan være adskilt fra 30 drivenheden, som indstiller værktøjet radialt.

Det kan være ønskeligt at bearbejde arbejdsstykket 10 med to værktøjer samtidigt. I dette tilfælde kan der tilvejebringes to styresystemer (22) af den ovenfor under henvisning til fig. 1 beskrevne 35 art, som hvert aktiverer et respektivt værktøj i overensstemmel se med en krævet værktøjsbevægelse. Der kan eksempelvis udføres samtidig drejning og boring af en arbejdsstykkeflade og drejning eller boring af arbejdsstykket.

DK 168678 B1 14

Det vil også forstås, at ved komplekse former kan det være ønskeligt at behandle Z-positions- og Ø-positionssignalerne separat. Et egnet arrangement hertil er vist i fig. 2. I dette arrangement findes der to parallelle systemer. Det første system er i det væsentlige som 5 beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1 og omfatter en datamat 13, en signalbehandlingsenhed 19 og et lukket analogt reguleringssystem 22, der styrer den radiale position af værktøjet 26 (eller positionen i forhold til værktøjet i én retning). Datamaten 13 fødes med data, som fastlægger den krævede radiale position af værktøjet 10 ved forskellige {9,1}-positioner. Det andet system omfatter en Z-positionsdatamat 30, som modtager data, der er fastlagt af den krævede bevægelseshastighed af værktøjet 26 i Z-retningen. Disse data behøver kun at fastlægge denne bevægelseshastighed ved forskellige ændringspunkter, idet datamaten udfører forprogrammeret 15 interpolation. Datamaten 30 udlæser positionssignaler, som føres til Z-positionsaktuatoren 29, der kan være en skridtmotor, for at bringe værktøjet 26 til at bevæge sig med den krævede hastighed. Da de krævede bevægelseshastigheder eller ændringshastigheder af bevægelseshastigheden i Z-retningen er forholdsvis små, er det muligt at 20 anvende en sædvanlig skridtmotor uden tilbagekoblingsregulering eller en hydraulisk eller pneumatisk slæde drevet ved konstant hastighed mellem faste endestop.

Tilvejebringelsen af et separat Z-positionssystem muliggør, at 25 bevægelseshastigheden varieres, hvilket kan være nødvendigt, når arbejdsstykket består af materialer med forskellig hårdhed, som kræver bearbejdning ved forskellige hastigheder.

Det vil forstås, at i begge de ovenfor under henvisning til tegnin-30 gen beskrevne udførelsesformer kan datamaten også anvendes til at styre andre bearbejdningsfunktioner. Dette kan indbefatte styring af omdrejningshastigheden af arbejdsstykket og/eller placeringen og fjernelsen af arbejdsstykker, hvilket kan ske ved hjælp af robotarme.

35

Claims (11)

1. Styresystem til en værktøjsmaskine til maskinel bearbejdning af en flade på et omkring en akse roterende arbejdsstykke (10) med en 5 arbejdsstykkedrivenhed (11), som holder arbejdsstykket og sætter det i rotation, og en vinkelpositionskoder (15), som frembringer et signal svarende til vinkelpositionen af arbejdsstykket (10), med en værktøjsdrivenhed og et af denne i retning til og fra arbejdsstykket bevægeligt værktøj samt med en værktøjspositionsomsætter, som 10 frembringer et tilbagekoblingssignal svarende til værktøjspositionen ved denne bevægelse, og en værktøjshastighedsomsætter, som frembringer et tilbagekoblingssignal svarende til hastigheden af denne værktøjsbevægelse og med en datamat (13) til frembringelse af en følge af digitale signaler, som fastlægger på hinanden følgende 15 værktøjspositioner ved definerede positioner af arbejdsstykket, samt med et i datamaten tilvejebragt lager (14) for disse digitale signaler, kendetegnet ved, at der til værktøjet (26) hører en Z-positions-drivenhed (29) til dets bevægelse i retning af rotationsaksen for arbejdsstykket (10) samt en fladepositionskoder 20 (16), som frembringer et signal svarende til positionen af værktøjet (26) i denne aksiale retning, at datamaten (13) ud fra de tilførte data frembringer en følge af digitale signaler, som fastlægger de på hinanden følgende værktøjspositioner ved definerede vinkel- og fladepositioner på arbejdsstykket (10), og at lageret (14) lagrer 25 disse digitale signaler, at lageret (14) er forbundet med vinkelpositionskoderen (15) og fladepositionskoderen (16) og afgiver digitale signaler svarende til de fra disse kodere (15,16) tilførte positionssignaler til en signalprocessor (19) efter hinanden til omdannelse til analogt signal svarende til den krævede værktøjspo-30 sition, og at et lukket analogt reguleringssystem (22) med sin indgang er sluttet til signalprocessoren (19) og indeholder værktøjspositionsomsætteren (24) og -hastighedsomsætteren (25) samt X-positions-drivenheden (23) for værktøjet.

2. Styresystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lageret (14) under hvert tidsinterval i en følge af ens tidsintervaller afgiver digitale signaler, og at signalprocessoren (19) omsætter hvert digitalt signal til et værktøjspositionssignal med konstant amplitude svarende til værdien af det tilhørende digitale signal, at DK 168678 Bl 16 signalprocessoren (19) derpå ud fra følgen af værktøjspositionssignalerne med konstant amplitude frembringer det analoge signal, som ændrer sig fremadskridende, således at ved enden af på hinanden følgende tidsintervaller, som hvert er lig med værktøjspositions-5 signalernes tidsinterval, står amplituden af det analoge signal i relation til de på hinanden følgende værdier af værktøjspositionssignalerne.

3. Styresystem ifølge krav 2, kendetegnet ved, at sig- 10 nal processoren (19) lagrer hvert værktøjspositionssignal indtil modtagelsen af det næste værktøjspositionssignal og derpå afgiver et kontinuerligt signal, hvis begyndelsesværdi er lig med værdien af det første værktøjspositionssignal, og hvis slutværdi er lig med værdien af det næste værktøjspositionssignal, idet de kontinuerlige 15 signaler danner det analoge signal.

4. Styresystem ifølge krav 3, kendetegnet ved, at ved forskellige amplituder af på hinanden følgende værktøjspositionssignaler har det deraf frembragte kontinuerlige signal en lineær 20 stigning eller et lineært fald.

5. Styresystem ifølge et af kravene 2-4, kendetegnet ved, at hvert digitalt signal frembragt af datamaten (13) i et tidsinterval er dannet af en bitgruppe, som repræsenterer den krævede 25 værktøjsposition for dette tidsinterval, og at en digi -tal/analog-omsætter (18) forefindes til omsætning af bitgrupperne til værktøjspositionssignalerne.

6. Styresystem ifølge krav 5, kendetegnet ved, at data-30 maten (13) under i det mindste nogle af tidsintervallerne ud fra dataene frembringer bitgrupper svarende til nogle af de fremtidige værktøjspositioner, som tilføres lageret (14), og at datamaten (13) under ethvert tidsinterval fra lageret (14) på udgangen afgiver en bitgruppe svarende til den for dette tidsinterval krævede værktøjs-35 position.

7. Styresystem ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at X-positions-drivenheden (23) til bevægelse af værktøjet (26) til og fra arbejdsstykket (10) har en lineær motor, som modtager det DK 168678 Bl 17 kontinuerlige signal og bevæger værktøjet (26) i overensstemmelse dermed.

8. Fremgangsmåde til maskinel bearbejdning af en flade på et omkring 5 en akse roterende arbejdsstykke (10), ved hvilken der frembringes et signal, som repræsenterer vinkelpositionen af det roterende arbejdsstykke, hvor der ud fra indlæsedata frembringes en følge af digitale signaler, som fastlægger på hinanden følgende krævede værktøjspositioner ved definerede vinkelpositioner på arbejdsstykket 10 for at bibringe arbejdsstykket et forudbestemt profil, hvilken følge af digitale signaler derefter lagres, hvorpå de digitale signaler behandles for at omsættes til et analogt signal svarende til de krævede værktøjspositioner, og hvor værktøjet (26) bevæges i overensstemmelse med dette analoge signal til og fra arbejdsstykket, 15 kendetegnet ved, at værktøjet (26) bevæges henover arbejdsstykkefladen i retning af arbejdsstykkets rotationsakse for at frembringe et variabelt profil i to på hinanden vinkelrette retninger, at der frembringes et signal, som repræsenterer positionen af værktøjet i denne aksi ale retning over arbejdsstykkefladen, 20 og at de digitale signaler afgives svarende til vinkel- og fladepositionssignalerne, samt at en analog regulering i lukket sløjfe udføres på basis af det analoge signal med værktøjspositions- og -hastighedssignaler for at frembringe det forudbestemte arbejdsstykkeprofil . 25

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der ud fra følgen af de digitale signaler i ethvert af en tilsvarende følge af ens tidsintervaller frembringes et signal med konstant amplitude svarende til de digitale signaler, og at værktøjsposi- 30 tionssignalerne behandles for at frembringe det kontinuerlige signal, som ændrer sig fremadskridende, således at ved enden af på hinanden følgende tidsintervaller, som er lig med værktøjspositionssignalernes tidsintervaller, står amplituden af signalet i relation til de på hinanden følgende værdier af værktøjspositions-35 signalerne.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at datamaten (13) tilføres data, som definerer det ønskede arbejdsstykkeprofil i intervaller, som er større end de intervaller, hvori DK 168678 B1 18 de digitale signaler frembringes, hvor indgangsdataene lagres i lageret og under i det mindste nogle af tidsintervallerne anvendes til beregning af fremtidige værdier af værktøjspositionssignalerne, som er nødvendige til frembringelse af det ønskede profil, hvor de 5 fremtidige værdier føres til lageret, og under hvert interval afgives værktøjspositionssignalet på datamatudgangen svarende til den i dette interval krævede værktøjsposition.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 10, kendetegnet ved, at 10 mellemsignalerne mellem definerede profil indgangsdata beregnes ved lineær interpolation. 15 20 25 30 35