DE2138815A1

DE2138815A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteue rung

Info

Publication number: DE2138815A1
Application number: DE19712138815
Authority: DE
Inventors: Hymie Detroit Mich Cutler (V St A )
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-08-03
Publication date: 1972-02-10
Also published as: US3725651A; FR2101231B1; GB1322108A; CA932841A; CH552849A; FR2101231A1; BR7104912D0; DE2138815B2

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. !πα. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

•München 15, Mozartstr.23

Tel. 5386586

The Bendix Corporation

Executive Offices Bendix Center

Southfield, Mich. 48o75/USA 2. August 1971 Anwaltsakte M-1664 Numerische Werkzeugmaschinensteuerung

Die Erfindung betrifft numerische Kopier- oder Nachfahrsteuerungen für Drehmaschinen, insbesondere Steuerungen, bei welchen die Eingabedaten Daten über die Sollbewegungsgeschwindigkeit des spanabhebenden Werkzeugs gegenüber der Werkstücksoberfläche sowie über die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs gegenüber der Spindeldrehung enthalten. Zusammen mit den befohlenen Bewegungsinkrementen dienen diese Eingabedaten zur Ableitung der Steuersignale für die Spindeldrehzahl der Drehmaschine und der Geschwindigkeit der Bewegung oder Versetzung des Schneidwerkzeugs. . '

Numerische KopierSteuerungen für Werkzeugmaschinen dienen zur Steuerung der Bewegung oder Versetzung des Schneidwerkzeugs der Maschine gegenüber dem Werkstück auf einer Bahn, die -durch eine Folge von Bev/egungsabschnitten beschrieben wird. Diese Abschnitte' werden in rnuiier-ischer Form auf einem Datenträger wie z.B. einem Lochstreifen als eine "Redhe von ßefehlsblöcken kodiert, die ■ jeweils einen bestimmten Bewegungsabschnitt der gesteuerten

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Maschinenteile auf einer Geraden, einem Kreis- oder Parabelbogen abrufen. Jeder Dätenblock beschreibt die Art des Bahn- oder Wegabschnittes sowie dessen Endpunkte in der Form von Koordinaten in mindestens zwei zueinander senkrecht stehenden Achsen. Für jede gesteuerte Achse ist die Anlage mit einem Servotrieb ausgestattet sowie mit Einrichtungen zur Erzeugung der entsprechenden Steuersignale für diese Arfcciebe aus den numerischen Eingabedaten, so daß die gesteuerten Teile in den vorgeschriebenen Bahnen bewegt bzw. versetzt werden.

Außer der Steuerung der Werkzeugbahn gegenüber dem Werkstück muß auch noch die Bewegungsgeschwindigkeit des spanabhebenden Werkzeugs gesteuert werden, so daß der Bearbeitungsgang in der kürzesten Zeit durchgeführt wird, die zur Vermeidung von Schaden am Werkzeug oder Werkstück sowie eines übermäßigen Werkzeugverschleißes infolge Überwärmung möglich ist. Herkömmlicherweise wird diese Geschwindigkeit durch Kodierung einer Vorschubzah.l auf dem Eingabelochstreifen zusammen mit jedem Datenblock für eine Bewegung gesteuert. Diese Zahl kann zur direkten Steuerung der Erzeugungsgeschwindigkeit der Steuersignale dienen, sie kann aber auch zusammen mit den Befehlen für die Bewegungsinkremente oder Bewegungsschritte in den verschiedenen Achsen eingesetztwerden, um eine "Vorschubzahl" zu errechnen, die zur Steuerung der Erzeugungsgeschwindigkeit der Steuersignale dient. Außerdem enthält ein Befehlsblock bei Drehmaschinen oder Fräsmaschinen ■ mit einer Drehspindel eine Zahl zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) dieser Spindel. Diese Vorschubzahl und die Zahl für die Spindeldrehzahl werden durch den Programmierer gewählt,

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so daß die Maschine optimal für den abgedrehten oder gefrästen Abschnitt arbeitet, wobei alle entsprechenden Qualitäts- und Wirtschaftlichkeitsmerkmale berücksichtigt werden,

ßei dieser Art der Festlegung der Vorschubzahl und der Zahl für die Spindeldrehzahl ergibt sich eine Reihe von Schwierigkeiten. Zunächst ist die eigentliche Errechnung der Zahlen sehr kompliziert, so daß die Programmierung von Hand mit Ausnahme für die allereinfachsten Teile so langwierig ist, daß eine Programmaufbereitung durch einen externen unabhängigen Computer notwendig ist. Zweitens muß zur Beibehaltung des optimalen Maschinenbetriebs ohne Änderung der Zahl für die Spindeldrehzahl oder der Vorschubzahl während der Bearbeitung eines bestimmten Abschnitts die Gesamtbewegung in eine große Zahl von sehr kleinen Abschnitten unterteilt werden. Dadurch verlängert sich die Rechenzeit, und wenn der Lochstreifen zur Beseitigung von Programmfehlern oder zur Optimierung von Vorschüben und Drehzahlen redigiert werden muß, dann müssen viele Befehlsblöcke geändert werden, wodurch sich infolge dieser Neuprogrammierung die Möglichkeit für weitere sich einschleichende Fehler erhöht. Außerdem werden die in dem Datenblock enthaltenen Werte für Drehzahl und Vorschub auf der

geforderten

Voraussetzung gewählt, daß die Maschine mit den/. Geschwindigkeiten arbeitet, wobei andererseits der Spindelrieb im allgemeinen sehr langsam auf Änderungen der Solldrehzahl anspricht, so daß der Maschinenbetrieb nicht optimal abläuft.

Um diese Nachteile der Einrichtung zur Festlegung des Sollvorschubs und der Spindelsolldrehzahl in einem Befehlsblock zu ver-

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meiden, wurde vorgeschlagen, daß die programmierten Drehzahlen und Vorschübe in Abhängigkeit vom Maschinen-Istlauf geändert werden können. In einer bei einer Drehmaschine verwendeten Einrichtung sind zwei durch die Bewegung des Querschlittens der Maschine beaufschlagte Potentiometer vorgesehen. Ein Potentiometer dient zur Dämpfung der programmierten Spindeldrehzahl, wenn sich der Abstand zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Drehpunkt des Werkstücks erhöht, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs auf dem Werkstück annähernd konstant zu halten, und das andere Poiantiometer dient zur Dämpfung des programmierten Vorschubs. Bei sich vergrößerndem Radius des Sbhnitt^igs verringern sich in diesem Falle sowohl die Spindeldrehzahl als auch der Vorschub. In bezug auf das Werkstück und die Zerspanungskraft ergibt dies ehe relativ konstante Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs. Bei dieser Einrichtung wird jedoch das Nacheilen der Spindeldrehzahl gegenüber einer befohlenen Änderung nicht kompensiert, und es ist ein zusätzlicher fehleranfälliger und unnauigkeitsbehafteter Mechanismus erforderlich.

Mit der Erfindung werden diese Nachteile vermieden.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs einer Drehmaschine gegenüber¹ dem Werkstück vorgesehen, bei welcher die Teileprogrammierung sehr vereinfacht wird, keine Notwendigkeit für Zusatzmechanismen besteht, und bei welcher die Steuersignale der Ist-Leistung der Maschine angepaßt werden, so daß ein optimaler Schneidgang erreicht wird.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung legt das Teileprogramm außer der Zerspanungsgeometrie bei der befohlenen 3ewegung die relative Sollgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück in Oberflächenweg pro Minute (SFM = Surface Feet per Minute = Fuß auf der Oberfläche pro Minute) fest sowie auch dem Vorschubweg pro Spindelumdrehung als Vektorstrecke des Schneidwerkzeugvorschubs pro Spindelumdrehung (IPR = Inches of Feet per Spindle Revolution = Vorschub in Zoll/Weg pro Spindelumdrehung). .Dieser relative Sollvorschub zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück oder Oberflächenweg pro Minute (SFM) und der Vorschub pro Spindelumdrehung (IPR) brauchen nur dann programmiert zu werden, wenn sich ihre Werte ändern. Die Steuerung überwacht laufend die Befehle, welche den Abstand zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Drehpunkt des Werkstücks steuern, indem sie die der Bewegung der Spiegelnormalen zur Drehachse des Werkstücks zugeordneten Befehlsimpulse algebraisch summiert. Bei weiteren erfindungsgemäßen Einrichtungen kann die Bewegung des Schneidwerkzeugs selbst anstelle der Bewegungsbefehle durch geeignete Wandler überwacht werden, um diese Zahl abzuleiten. Diese Größe ist gleich dem Radius des Werkstücks am Punkt des BearbeitungsSchnitts oder Einstichs. In der Steuerung wird die Zahl für diesen Radius durch den programmierten Oberflächenweg pro Minute (SFM) dividiert, um ein Steuersignal für den Antriebsmotor der Spindel zu gewinnen. Wenn sich der Radius des Werkstücks vergrößert, so verringert sich die Drehzahl des Spindelantriebs, unreinen konstanten Wert für die Geschwindigkeit des sich über das Werkstück bewegenden Schneidwerkzeugs zu erhalten.

Der Wandler gibt für iedes Rotationsinkrement der Spindel einen

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Ausgangsimpuls ab, wodurch ein Impulszug erzeugt wird. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann dieses der Spindeldrehzahl proportionale Signal von den BefehlsSignalen für die Spindeldrehzahl anstatt von e°inem Wandler abgeleitet werden. Mit dieser Lösung wird die Programmierung vereinfacht und können die Kosten der maschinentechnischen Teile herabgesetzt v/erden, jedoch auf Kosten der Steuergenauigkeit, da die Unterschiede zwischen der Ist- und der Solldrehzahl der Spindel nicht beachtet werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Ausgangsimpuls zug des Wandlers mit einer Vorschubzahl multipliziert, welche von der Steuerung aus der Vorschubzahl pro Spindelumdrehung (IPR-Zahl) sowie den Befehlen für inkrementelle Bewegungen für die beiden gesteuerten Achse der Vorschubzahl errechnet wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung, in welche die Spindelimpulse und die Vorschubzahl eingespeist werden, stellt einen Impulszug dar, der die Arbeitsgeschwindigkeit der Interpolatoren steuert, welche die Bewegungen in der X- und der Z-Achse aufgrund der kodierten Inkrementsignale befehlen. Auf diese Weise werden die Befehle mit solchen Geschwindigkeiten ausgeführt, daß eine Geschwindigkeit für die Vektorbewegung besteht₅ die eine direkte Funktion der Spindeldrehzahl und der Vorschubzahl ist, wodurch ein konstanter Vorschub im Weg (cm/Zoll) pro Umdrehung erreicht wird. Da die Ausstoßgeschwxndxgkext von mit solchen numerischen Steuerungen arbeitenden Drehmaschinen im allgemeinen durch die Möglichkeiten des Schneidwerkzeugs begrenzt ist, wird durch eine Programmierung in der Form von SFM (Oberflächenweg pro Minute) und IPR (Vorschub pro Spindelumdrehung) ohne besondere Schäden oder Werkzeugverschleiß die höchstmögliche Schnittgeschwindigkeit erreicht. Diese SFM- und IPR-Zahlen bleiben vom Datenblock zu

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Datenblock relativ konstant, und da sie nur ein Minimum an Rechengängen bedienen, vereinfachen sie die Programmierung erheblich und gestatten, im Gegensatz zur automatischen Programmierung, bei einer großen Anzahl von Teilen die Programmierung von Hand.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:

Fig. la die Darstellung eines Schneidwerkzeugs mit dem Werkstück ( zur Erläuterung des Begriffes "Weg pro Umdrehung" (cm/Zoll pro Umdrehung = IPR),

Fig. Ib eine zweite Ausführungsform des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs zur Erläuterung des Begriffs IPR,

Fig. 2 die Zeichnung eines Werkstücks mit Schneidwerkzeug zur Darstellung des Begriffs "Oberflächenweg pro Minute" (SFM = Surface Feet per Hinute),

Fig. 3 ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerung,

Fig. H die Darstellung eines Abschnitts des Lochstreifens mit einem typischen Befehlsdatenblock zur Steuerung der Maschine des bevorzugten Ausfiihrungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 ein ausführliches Blockschaltbild zur Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;.

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Wie vorstehend erläutert, läßt sich die Erfindung auf Drehmaschinen anwenden, wobei sie die Bewegung des Drehmeißels gegenüber dem Werkstück steuert, und damit in Dateneingabeblöcken befohlene Bewegungen mit Geschwindigkeiten ausführt, die durch weitere in den Eingabeblöcken kodierte Datsji in der⁵ Form Von IPR und SFM bestimmt werden. Die Fig. la und Ib erläutern den Begriff von IPR und die Fig. 2 erläutert den Begriff von SFM.

In der Fig. la vollzieht der Drehmeißel Io einen zylinderförmigen Schnittgang am Werkstück 12. Die schraubenförmige Bahn des Drehmeißels auf dem Werkstück wird durch die Linie m dargestellt, und die axiale Bewegung des Drehmeißels während einer vollen Umdrehung des Werkstücks, d.h. die Steigung des Schnitts, ist gleich der Größe IPR. In Fig. Ib vollzieht der Drehmeißel IG einen kegelförmigen Schneidgang am Werkstück 18 durch eine Kombination einer Parallelbewegung zur Uiadrehungsachse des Werkstücks und einer zu dieser Achse senkrechten Bewegung. IPR ist wiederum die Steigung des schraubenförmigen Schnitts _y doch, wie in dieser Figur gezeigt, ist IPR (Vorschub pro Spindeumdrehung) eine Vektorstrecke, die als die resultierende Linearbewegung des Drehmeißels gemessen wird. Die an der Schneidkante des Werkzeugs wirkende Kraft pro Einheit der Schnitt- oder Spantiefe für einen gegebenen Werkstoff ist proportional der Schneid- oaer Abspanfläche, die wiederum das Proaukt aus IPR und der Schnittiefe ist. Somit wird durch Steuerung des Vorschubs pro Spiidelumdrehung (IPR) die am Werzeug wirkende Schnittkraft gesteuert.

In Fig. 2 führt der Drehmeißel 2o einen Schnittgang am Werkstück

rschnitt, α. h. 1<

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22 durch, das im Querschnitt, ci.h. längs seiner Drehachse

gezeigt ist. SFM (Oberflächenweg pro Minute) ist einfach die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Drehmeißel über die Oberfläche des Werkstücks bewegt, und zwar ausgedrückt in- Oberflächenfuß (Oberflächenzentimeter pro Minute). Die bei einem gegebenen Werkstoff erzeugte Wärme an der Schneidkante des Werkzeugs wird stark durch die Abriebsgeschwindigkeit des Werkstücks am Werzeug beeinflußt, die durch SFM (Oberflächenweg pro Minute) gemessen wird. Somit kann durch Steuerung des SFM die Geschwindes Werkzeugs-Verschleißes gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt die allgemeine Anordnung der erfindungsgemäßen Steuerung. Die die -erforderlichen Bahndaten für den gewünschten Arbeitsgang der Anlage darstellenden Eingabedaten werden auf dem Lochstreifen 3o kodiert, der zur seriellen Abtastung an den Lochstreifenleser 32 herangeführt wird. Die Ausgangssignale des Lesers 3 2 gelangen an den programmierten Regler 34. Dieser Regler ist ein entsprechend programmierter Ailzweckrechner oder ein Allzweckleitwerk des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Regler fest

verdrahtet sein. Die Arbeitsweise des Reglers 34- wird nachstehend genügend ausführlich besehrieben, damit ein in Echtzeit systemen erfanrener Programmierer das Arbeitsprogramm für jeden Computer ocier jeaes Leitwerk erstellen kann oder, damit ein Spezialist für uigitalschaltungen die zur Durchführung dieser Aufgaben nötigen maschinentechnischen Teile entwickeln kann.

beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Computer gos Typs Micro Systems Model 8Io zur Durchführung der Regleraufgaben programmiert. Dieses Leitwerk ist ein "Mini-

- Io -

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Computer", und mit höheren Kosten für die maschinentechnischen Teile können auch größere und schnellere Computer bei der erfin-.dungsgemäßen Anlage verwendet werden.

Die Hauptaufgabe des Reglers besteht in der Aufnahme der Eingabedaten vom Lochstreifenleser 32, in Ger Verarbeitung dieser Daten in der nachstehend beschriebenen Weise sowie in der Abgabe entsprechender Aus gangs.st euer signale für Geräte zum Antrieb der gesteuerten Maschine 36.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Maschine eine Drehmaschine mit aera Spindeltrieb 3 8 zum Antrieb der Spindel 4o und aem Drehmeißel 42, der sich einerseits senkrecht zur Drehachse der Spindel bewegt und dabei durch den Servo-44 für die X-Achse gesteuert wird sowie parallel zur· Drehachse der Spindel und dabei durch den Servo 46 für die Z-Achse gesteuert wird. Der Regler oder das Leitwerk 34- gibt die Befehlszahlen für die X- und die Z-Achse an den Interpolator 4-8 für die X-Achse und an den Interpolator 5o für die Z-Achse ab. Diese Interpolatoren können als digitale Differentialanalysatoren (DDA) ausgelegt sein und sind bekannt. Sie geben Ausgangsimpulszüge mit Geschwindigkeiten ab, ede proportional ihren Eingabezahlen sind. Der Ausgangsimpulszug des Interpolators 48 für die X-Achse gelangt an den Servo 44 für die X-Achse, -.jährend der Ausgangsimpulszug des Interpolators 5o für äie Z-Achse cem Servo 4ü für axe Z-Achse eingespeist wird, i>ie Servos 44 un 46 für die X- luiu Z-Achse arbeiten phasen analog una sind bekannt. Für jeden empfangenen Impuls geben sie ein Inkrement einer Ausgangsbewe^ung ab. . - 11 -

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Die Erzeugungsgeschwxndigkeit der Ausgangsimpulse der Interpolatoren 4 8 und 5o wird durch den Vorschubinterpolator 5 2 gesteuert, der einen Impulszug erzeugt, der über die Leitung 54 an die beiden Interpolatoren gelangt und ihre Arbeitsgeschwindigkeit steuert. Der Ausgangsimpuls auf der Leitung 54 wird durch den bekannten Vorschubinterpolator als Funktion der Vorschubzahl erzeugt, die dem Interpolator 52 vom. programmierten Leitwerk über die Leitung 5B eingespeist, und ein Impulszug gelangt vom Spindeltrieb 38 über die Leitung 58 an den Interpolator. Der Interpolator multipliziert den über die Leitung 58 eingespeisten Impulszug mit einer Bruchgröße, die durch die auf der Leitung 56 eingespeiste Zahl dargestellt wird, wodurch auf der Leitung 54 ein Ausgangsiinpulszug entsteht, dessen Impulszahl kleiner ist als die des Eingangsimpulszüges auf der Leitung 58.

Der Impulszug auf der Leitung 5 8 wird durch einen dem Spindeltrieb 38 zugeordneten Wandler erzeugt, dessen Ausgangsimpuls .jeweils einem Rotationsinkrement der Spindel entspricht. Die Drehzahl des Spindeltriebs 38 wird durch Daten gesteuert, die vom Leitwerk

34 über den Digital-Analogumsetzer 6o übertragen werden. ä

Die durch den Interpolator für die X-Achse erzeugten Impulse werden dem Ragxusspeicher 52 eingegeben, der als Umkehrzähler arbeitet und einen Viert speichert, der proportional zum normalen Abstand des Drehmeißels von der Drehachse des Werkstücks ist, ct.h. er speichert den Radius des auszuführenden Schnittes. Dieser Wert wird dem programmierten Leitwerk 34 eingegeben, der ihn zur Errechnung des Wertes des an den Spindeltrieb abgegebenen Steuersignals verwendet. ' '

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Die Eingabedaten für die Anlage auf dem Lochstreifen 3o sind in einer Folge von Blöcken angeordnet, die jeweils den Befehl für ein Bewegungsinkrement darstellen, wobei die Fig. 4 einen charakteristischen Datenblock zeigt. Der Lochstreifen 3o ist ein herkömmlicher Achtkanal-Lochstreifen, und der Lochstreifenleser 32 tastet eine Querzeile der Breite nach gleichzeitig auf dem Lochstreifen ab, wobei jede Zeile ein bestimmtes Zeichen des Kodesystems darstellt. Wenn sich, wie in Fig. 4 gezeigt, der Lochstreifen zum Leser 32 hin aufwärts bewegt, so stellen die ersten drei Zeilen in kodierter Form G-5 2 dar. Dieser Kode meldet dem Leitwerk, daß die im folgenden Block enthaltenen Vorschubdaten als SFM und IPR kodiert sind, im Gegensatz zu herkömmlichen Kennzeichnungssystemen für den Vorschub. Die nächsten vier Zeilen

für
enthalten die Kode /F2oo. F ist das Kodezeichen für die IPR-

_3 Zahl, und die Zahl 2oo drückt die IPR-Geschwindigkeit in Io Zoll pro Umdrehung aus. Somit ist die IPR-Zahl gleich Qo2 Zoll/U. Die nächsten vier Zeilen werden als S95o dekodiert. S ist die SFM-Zahl in Io^-1 Fuß/min. Somit ist die SFM-Zahl gleich 9 5 Fuß/min. Die nächsten sechs Zeilen werden als X95625 dekodiert, welche Zahl den Sollbereich der X-Bewegung im Hauptbewegungsinkrement der

_3

Maschine darstellt, das Io Zoll beträgt, und dementsprechend wird ein Weg von 9,562 Zoll (24,282 cm) in der X-Achse angefordert. Mit den nächsten sechs Zeilen wird ein Weg in der Z-Achse von 4,8125 Zoll (12,217 cm) angefordert. Die letzte Zeile in der Breite des Lochstreifens stellt das Zeichen für das Ende des Blocks dar und 'dient dazu, die verschiedenen Datenblöcke auf dem Lochstreifen voneinander zu trennen.

Fig. 5 ist ein ausführliches Blockschaltbild zur Erläuterung

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der Arbeitsweise der Anlage. In·diesem Schaltbild stellen bestimmte Blöcke des programmierten Leitwerks 34 Funktionszustände oder Funktionsstufen des Leitwerks ₃ im Gegensatz zu den physischen oder elektrischen Zuständen im Leitwerk.

-Die vom Lochstreifenleser 32 an das Ldtwerk 34- übertragenen Daten werden durch die Dateneingabesteuerung 7o dekodiert und, je nach Adresse, einer Anzahl von Speichern eingegeben. Die Zahl S gelangt an den SFM-Speicher 72, die Zahl F an den IPR-Speicher 74, die Zahl ÜX an den Speicher 78 und die Zahl /\Z an den Speicher 78. Andere Datenblöcke können Kode für den gewünschten Übersetzungsbereich des Spindelantriebs enthalten und werden somit dem Übersetzungsbereichspeicher 8o eingegeben. Alle diese Daten werden solange gespeichert, bis· sie durch gleichwertige Daten von nachfolgenden Blöcken ersetzt werden. Der Lochstreifen kann auch Daten darüber enthalten, daß die Maschine in der Betriebsart "Gewindeschneiden" arbeiten soll, und diese Daten gelangen an den Speicher 82.

Eine der vom Leitwerk 34 durchgeführten Aufgaben besteht in der " Errechnung einer Vorschubzahl, die über die Leitung 56 an den Vorschubinte rpo3±or 5 2 gelangt. Dieser Rechengang wird aufgrund des Inhalts des IPR-Speichers 74, des Z\X-Speichers 76 und des ΔΖ-Speichers 78 ausgeführt. Nach der Zeichnung wird dieser Rechengang durch die Schaltung 84 ausgeführt, doch eigentlich wiro er von programmgesteuerten Bausteinen das Leitwerks an den ent3prechenden Punkten im Arbeitsablauf des Computers ausgeführt und nicht an einen bestimmten Ort in der Anlage. Die Rechnung besteht aus der Lösung der Gleichung _ iu _

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FRN =

- 14 IPR K > χ + Λζ

wobei K eine Konstante ist. Diese Zahl wird für jeden Befehlsblock der Daten berechnet und dem Speicher 86 eingegeben, indem sie für die Verarbeitungszeit dieses Datenblocks gespeichert bleibt.

Die in Verbindung mit einem Impulszug benutzte Vorschubzahl wird vom Wandler 9o abgeleitet, der über das Getriebe 9 2 mit der Maschinenspindel 4o verbunden ist. Für jedes Rdationsinkrement der Spindel gibt der Wandler 9ο einen Ausgangsimpuls ab. Der Wandler selbst ist bekannt und besitzt drei Bürsten, so daß der Drehsinn der Spindel vom Auftreten der Impulse an diesen Bürsten abgegriffen werden kann. Dieser Abgriff wird vom Dekodiergerät 94 vorgenommen, wobei überzählige Impulse gelöscht werden, die infolge von Schwingungen des Dekodiergeräts auftreten können.das dann seinen Ausgangsimpulszug an die Synchronisiereinrichtung 9 6 abgibt, das die Impuls takt folge auf die Gesamtarbeit sgeschwindigkeit der Anlage abstimmt.

Der Ausgangsimpuls der Synchronisiereinrichtung 9ö gelangt an das Tor 98, das normalerweise angesteuert ist und nachstehend näher erläutert wird, und dient dann zur Regulierung des Tores loo, an weLchem der Inhalt des Vorschubspeichers anliegt. Beim Auftreten eines jeden Impulses des Eingangsimpulsζuges zum Tor ioo wird die im Vorschubspeiciier enthaltene Zahl an das seriell arbeitende Addierwerk Io2 abgegeben, das ein Teil des Interpolators 5 2 für die"Vorschubzahl ist. Diese Zahl wird zu einer in

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aer R-Leitung Io4 enthaltenen Größe addiert, deren Inhalt dauernd über das Addierwerk Io2 umläuft. Das Auftreten von Überlaufimpulsen aus diesem AdditionsVorgang wird durch die Einheit Io6 abgegriffen 'unddient zur Erzeugung eines Zuges von Ausgangsimpulsen, die für die Interpolatoren 48 und 5o für die X- und Z-Achse als Additionsbefehle wirken.

In Verbindung mit dem X-Interpolator 4-8 wird der Inhalt des &X-Speichers über das Tor Io8 an das Addierwerk Io9 übertragen, wenn ein Impuls auf der Leitung 54 vom Vorschubinterpolator her anliegt. Der Inhalt der R-Leitung Ho löscht dauernd über aas Addierwerk Io9 um, wobei ein Überlauf aus dem Additions Vorgang durch die Einheit 112 abgegriffen wird und an den Servo 44 für die X-Achse übertragen wird. Somit wird die Bewegung des Drehmeißels 42 in der X-Achse durch diese Impulse gesteuert.

Diese Befehle für die X-Achse gelangen auch an das serielle Addier/ Subtrahierwerk 114, über welches der Inhalt des Radiusspeichers 116 regelmäßig umläuft. Für jeden an die Einheit 114 gelangenden X-Befehlsimpuls erfolgt eine Addition oder Subtraktion zum f

oder vom Inhalt des RadiusSpeichers 116 in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Eingangssignals der Einheit 114, wobei dieses Eingangssignal vom Leitwerk 34 her kommt und die befohlene Bewegungs-

X—
richtung des Servos für die/Achse anzeigt. Zu Beginn des Arbeits-

ganges wird eine Zahl von Hand in den Radiusspeicher eingegeben, welche den normalen Abstand der Heißelspitze von der Drehachse der Spindel angibt. Wenn die Befehlsimpulse für die X-Ächse erzeugt werden, so wird oiese vorgewählte Zahl verändert, um im

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Radiusspeicher 116 einen Wert zu halten, der dem normalen Meißelweg oder dem Radhs des durch die Drehmaschine ausgeführten Schnitts proportional ist. Dieses Signal gelangt über die Leitung 118 an' das Leitwerk 31 und dient, wie nachstehend beshrieben wird, zur Steuerung der Drehzahl des Spindelantriebmotors.

Der Befehlsimpulsζug für die Z-Achse wird durch den Interpolator 5o durch Addition des Inhalts des ΔΖ-Speichers 78 zum Inhalt der R-Leitung 12o abgegriffen wobei er über das Addierwerk 122 umläuft, wenn ein Additionsbefehl über das Tor 124 von der Leitung 54 anliegt. Der Überlaufdetektor 126 erzeugt die Z-Befehlsimpulse, die an den Servo 46 gelangen.

Die der Steuerung der Spindeldrehzahl dienende Einrichtung verwendet die SFM-Zahl vom Speicher 72 sowie den vom Speicher 116 über die Leitung 118 abgegebenen Wert für den Radius. Die Einrichtung dividiert die SFM-Zahl durch die Radiuszahl und multipliziert sie mit der Konstanten _p , um ein RPM-Signal zu erzeugen, das in der Stelle 13o eingespeichert wird. Diese Zahl wird iit der maximalen, durch das Allzweckleitwerk in die Einheit o8o eingespeicherten Spindeldrehzahl für den Getriebebereich verglichen. Diese Funktion wird durch den Block 132 angezeigt.

Wenn die errechnete Drehzahl kleiner ist als die maximale Drehzahl, dann wird das Tor 134 angesteuert, wodurch die errechnete Drehzahl zur Berechnung der Zahl für die Spindeldrehzahl benutzt werden kann. Wenn die errechnete Drehzahl die bei diesem Getriebe bereich maximal erreichbare Drehzahl überschreitet, so wird das Tor 136 angesteuert, wodurch die maximale Drehzahl für die

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Berechnung der Zahl für die Spindeldrehzahl verwendet wird. Die Zahl für die Spindeldrehzahl ist gleich jeder von der Einheit "13 2 abgegebenen Drehzahl dividiert durch die vom Speicher 8o abgeleitete maximale Drehzahl. Das durch die Schaltung 138 gekennzeichnete Ausgangssgnal dieser Rechnung gelangt an den Digital-Analogumsetzer 6o, der ein dem Motordrehzahlregler eingespeistes Analogsignal zur Steuerung des regelbaren Spindelantriebs 38 erzeugt.

Der Speicher 8o für den Getriebebereich dient auch zur Steuerung i der entsprechenden Magnetspulen in der Steuereinrichtung 14 2 für das Übersetzungsverhältnis, um das Getriebe 147 zu schalten, das wiederum die Spindel entsprechend betätigt.

Da diese Anaänung eine sehr genaue Gleitbewegung pro Spindel-Umdrehung ergibt, eignet sie sich sehr gut zur Erzeugung der Steigung für das Gewindeschneiden mit einschneidigen Meißeln. Im allgemeinen ist beim Gewindeschneiden mehr als ein Arbeitsgang erforderlich, um auf die erforderliche Schnittiefe zu kommen. Jeder Durchgang muß am gleichen Punkt der Nut beginnen, um die gewünschte Gewindeform zu erzeugen. Aus diesem Grunde ist der Harkierimpulsgenerator 148 der Spindel 4o zugeordnet, der die Drehung eines Einzelpunktes an der Spindell/abtastet und einen Markierimpuls abgibt,. der bei jeder Umdrehung einmal auftritt. Die zugeordnete elektronische Schaltung 15o verarbeitet diesen Impuls und leitet ihn an das Tor 15 2 weiter. Wenn im Speicher 8 2 für die Betriebsart "Gewindeschneiden" ein Signal zur Anzeige eines GewindeSchnitts auftritt, so gelangt ein zweites Regulierungssignal an das Tor 15 2, und der Markier-

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impuls an das Tor 98, wodurch Spindelimpulse vom. Impulswandler 9o an den Vorschubinterpolator 5 2 übertragen werden. Wenn die Betriebsart "Gewindeschneiden" abgeschaltet ist, so bleibt das Tor 98 stets angesteuert, wodurch die Vors chubimpulse nicht verzögert werden. Wenn bei dieser Anordnung ein Gewindeschnitt vorgenommen wird, so wird die Erzeugung der Interpolatorimpulse stets am gleichen Punkt relativ zur Spindeldrehung ausgelöst.

Nachdem während des Betriebes ein Datenblock von der/in Fig. 4 dargestellten Art empfangen wird, verwendet die Anlage den vorhandenen Inhalt des Speichers 116 sowie den Inhalt des SFM-Speichers 7 2 zur Erzeugung einer berechneten Drehzahl. Aufgrund dieser Drehzahl wird die Zahl für die Spindeldrehzahl errechnet, solange die Drehzahl nüvt die maximal erreichbare Drehzahl für einen bestimmten Getriebebereich überschreitet, und diese Zahl für die Spindeldrehzahl dient dann zum Antrieb der Spindel. Anschließend wird durch den Wandler 9o ein Zug von Spindelimpulsen erzeugt, der mit der Vorschubzahl multipliziert wird, die durch die Anlage aufgrund der im Vorschubinterpolator 5 2 gespeicherten Zahlen für /\X, &Z und IPR errechnet wurde. Der durch den Vorschubinterpolator abgegebenen Additionsimpulszug dient zur Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit der Interpolatoren 48 und So, welche die X- und Z-Achse antreiben. Eine Bewegung in der X-Achse verändert den Inhalt des RadiusSpeichers 116 und damit die abrechnete Drehzahl sowie die Drehzahl der Spindel. Somit führt die Anlage die befohlenen Bewegungen mit solchen Geschwindigkeiten aus, danit die SFM- und IPR-Befehle richtig Cvchgeführt werden können.

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Claims

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The Bendix Corporation

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Southfield, Mich. H-8o75/USA 2. August 1971

Anwaltsakte M-1664-

Patentansprüche

'I.) Numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einer Drehspindel und einem gegenüber der Drehspindel einstellbaren Schneidwerkzeug sowie mit: einer Quelle für auf eine Sollbewegungsbahn des Schneidwerkzeugs gegenüber der Spindel bezogene η venerische Daten, einem Antrieb mit regelbarer Drehzahl für die Spindel und einem Antrieb zur Positionierung des Schneidwerkzeugs relativ zur Spindel, dadurch gekennzeichnet,

daß sie die folgenden Bausteine enthält: ein programmiertes

Leitwerk (340 mit einem die Sollvorschubzahl (SFM) enthalten- _; den Speicher (72), ein anderer außerhalb des programmierten Leitwerks (34) angeordneter Speicher (116) für die Radiuszahl, sowie dadurch, daß das programmierte Leitwerk (34) aus diesen beiden Zahlen nacheinander die Zahl für die Drehzahl (RPM) (13o) und dann die Zahl für die Spindeldrehzahl (SSN) (138) errechnet, und schließlich dadurch, daß die Zahl für die Spindeldrehzahl (SSN) als· Steuersignal für den drehzahlgeregelten Spindeltrieb (38) dient.

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2. Numerische Steuerung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Radiuszahl zu Beginn des Arbeitsganges von Hand in den zweiten Speicher (116) eingegeben wird.

3. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierte Leitwerk (34) die Z^ahl für die Drehzahl (RPM) (13o) durch Division der im Speicher (72) enthaltenen Sollvorschubzahl (SFM) durch die Radiuszahl des zweiten Speichers (116) sowie durch Multiplikation des Ergebnisses mit der Konstanten ;=. errechnet.

4. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierte Leitwerk (34) einen zweiten Speicher (8o) für Daten über den Getriebebereich enthält, der beim Antrieb der Spindel benützt wird, daß das programmierte Leitwerk (34) zur Errechnung der Zahl für die Spindeldrehzahl (SSN) die errechnete Zahl für die Drehzahl (RPM) (13o) mit der Zahl für die maximale, bei diesem Getriebebereich errecihbare Drehzahl vergleicht (132), wobei diese letzte Zahl von Daten im zweiten Speicher (8o) abgeleitet wird, und schließlich dadurch, daß die Zahl für die maximale bei diesem Getriebebereich erreichbare Drehzahl zur Errechnung der Zahl für die Spindeldrehzahl (SSN) (138) verwendet wird, wenn die errechnete Zahl für die Drehzahl (RPM) die aus den Daten des zweiten Speichers (8o) abgeleitete maximale Zahl für die Drehzahl übersteigt.

5. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangtier Vergleichsschaltung (13 2) an den Eingang der Rechenschaltung für die Zahl der Spindeldrehzahl (SSN)

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(138) entweder über ein erstes Tor (134) oder ein zweites Tor (136) in Abhängigkeit davon geführt ist, ob die errechnete Zahl für die Drehzahl (RPM) kleiner oder größer ist als die

Get riebebei diesem/Bereich (8o) erreichbare maximale Drehzahl.

6. Numerische Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang des zweiten Tors (136) an die mit dem die Spindel (4o) antreibenden Getriebe (144) verbundene Steuerung (14 2) für das Übersetzungsverhältnis angeschlossen ist.

7. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahl für die Spindeldrehzahl (SSN) (138) gleich ist jeder durch die Vergleichsschaltung (132) abgegebenen Zahl für die Drehzahl (RPM) dividiert durch die vom Speicher (8o) abgeleitete Zahl für die maximale Drehzahl.

8. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Rechenschaltung (138) für die Zahl für

die Spindeldrehzahl (SSN) über einen Digital-Analogumsetzer (6o) an den Spindeltrieb (38) angeschlossen ist.

9. Numerische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierte Leitwerk (34) einen dritten Speicher (74) mit der Zahl für den Vorschub pro Spindelumdrehung (IPR) und einen vierten Speicher (76, 78) mit den Daten (ΔΧ, £ß) für die Bewegung des Antriebs (44, 46) des Schneidwerkzeugs enthält, und dadurch, daß das programmierte Leitwerk (34) die Vorschubzahl (FRN, 84) aus den Daten

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des dritten (74) und vierten (76, 78) Speichers durch Lösen der folgenden Gleichung errechnet:

FRN a - - _

+ AY²

wobei K eine Konstante ist, und schließlich dadurch, daß das Ergebnis dieser Rechnung eine» fünften Speicher (86) eingegeben wird.

Io. Numerishe Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandler (9o) mit der Spindel (Ho) elektrisch und mechanisch in Verbindung steht, wobei dieser Wandler für jedes Rotationsinkrement der Spindel einen Impuls erzeugt, und dadurch, daß der entsprechende Impulszug an das mit dem fünften Speicher (86) des programmierten Leitwerks verbundene Tor (loo) übertragen wird, sowie dadurch, daß der mit dem Ausgang des Tores (loo) verbundene Vorschubinterpolator (5 2) diesen Impulszug mit der

im fünften Speicher (86) enthaltenen Vorschubzahl (FRN) multipliziert.

11. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1, 9 und Io, bei welcher sich das Schneidwerkzeug in zwei Achsenbewegt, von denen eine senkrecht zur Drehachse der Spindel und die andere parallel zur Drehachse der Spindel steht, und bei welcher der vierte Speicher numerische Daten für jeden Bewegungsabschnitt in diesen beiden Achsen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zwei weitere mit dem Antrieb (44, 46) des Schneidwerkzeugs (42) verbundene Interpolatoren

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(¹18, 5o) für die X- und Z-Achse enthält,. sowie dadurch, daß diese weiteren Interpolieren über je ein Eingangstor (Io8, 12H) einerseits an ihre Datenspeicher (76, 78) und andererseits an den Ausgang (54) des Vorschubinterpolators (52) geführt sind. . ,

12. Numerische Steuerung nach Anspruch Io und 11, dadurch gekenn-■zeichnet, daß die Interpolator en (48, 5o) wiederholt die numerischen Daten für die Bewegungsabschnitte in jeder Achse in die Register (Io9, 122) einaddieren und Ausgangsimpulse " als Funktion des Überlaufs (112, 126) der beiden Register erzeugen, wenn jeweils ein Impuls des durch den Wandler (9o) erzeugten Impulszuges auftritt.

13. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Interpolators (48) für die X-Achse auch über das seriell arbeitende Addier-Subtrahierwerk (114) an den Radiisspeicher (116) geführt ist, wobei der Inhalt des Radiusspeicher regelmäßig durch das Addier- | Subtrahierwerk umläuft, sowie dadurch, daß der zweite Eingang des Addier-Subtrahierwerks (114) zur Aufnahme von Daten für die Bewegungsrichtung in der X-Achse mit dem programmierten Leitwerk (34) verbunden ist.

14. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 und Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindel (4c·.) ein Generator für Markierimpulse (148) zugeordnet ist, der: für das zwischen den Wandler (3o) und das Tor (loo) geschaltete Tor (9 8) Markierungsimpulse zur Steuerung des Eingangs,des Vorschubinterpolators

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(5 2) abgibt, und dadurch, daß das Tor (98) auch an den im programmierten Leitwerk (34) enthaltenen Speicher (82) für die Betriebsart "Gewindeschneiden" angeschlossen ist.

15. Numerische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
/gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine eine Drehmaschine

ist.

16. Numerische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Anlage verwendete Teileprogramm (3o) außer der Geometrie der Sollbewegung (76, 78) auch die relative Sollgeschwindigkeit zwischen dem Drehmeißel (4 2) und dem Werkstück als Oberflächenweg pro Minute (SFM = Fuß an der Oberfläche pro Minute, 7 2) sowie den Vorschub pro SpindelUmdrehung (IPR = Vorschub in Zoll pro Spindelumdrehung) als Vektorstrecke des Drehmeißels (42) je SpindelUmdrehung (IPR, 74) und schließlich beim Schneiden eines Gewindes (8 2) den Getriebebereich (8o) festlegt.

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