DE2139053A1

DE2139053A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteue rung

Info

Publication number: DE2139053A1
Application number: DE19712139053
Authority: DE
Inventors: George H Northville Mich McDaniel (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1972-02-10
Also published as: CH540525A; US3666930A; FR2101233A1; FR2101233B1

Description

2139013

D! '^3

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 30. JuIi 1971

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-1671

Numerische Werkzeugmaschinensteuerung

Die Erfindung betrifft numerische Werkzeugmaschinensteuerungen, insbesondere eine numerische Steuerung mit einem einzigen zeitmultiplexgebildeten arithmetischen Operator zur Verarbeitung von Befehlssignalen für die verschiedenen gesteuerten Maschinenachsen in serieller Reihenfolge.

Numerische Punktsteuerungen bedienen sich im allgemeinen einer Anzahl von Recheneinrichtungen zur Erzeugung der Steuersignale, die den den befehlgesteuerten Achsen zugeordneten Mechanismen zugeführt werden. Wie bekannt, kann eine normale numerische. Steuerung verschiedene Achsen steuern und damit mehrere dieser Mechanismen aufweisen. In der Praxis ist somit für jede gesteuerte Achse eine Recheneinrichtung vorgesehen.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer früheren Steuerung vergleicht die Recheneinrichtung oder Recheneinheit die Sollstellung mit

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der Iststellung des Werkzeugmaschinenschlittens und berücksichtigt dabei befohlene Versetzungen, um dann das resultierende Ausgangssignal an einen Akkumulator oder ein Α-Register zu übertragen. Dieses Ausgangssignal wird Fehlersignal genannt. Im Akkumulator wird das Fehlersignal mit jeweils verschiedenen Signalen für den "Auslöse- oder Schaltpunkt¹¹ verglichen, um die Verstellgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine zu verändern, wenn der Fehler zunehmend kleiner wird. Diese Schaltpunkte befinden sich im allgemeinen in bestimmten Abständen von der Sollstellung, voriwelcher ab die Werkzeug- oder Werkzeugmaschinengeschwindigkeit bis zum Endschalt-

und

punkt abnimmt, wobei der Motor abgeschaltet wird/die Werkzeugmaschine antriebslos in die Sollstellung einfahren kann.

Vorstehend wurde der Stand der Technik erläutert, auf welchen sich die Erfindung bezieht. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verringerung der Bausteine d?r Anlage durch Verwendung von nur einer einzigen Recheneinrichtung zur Verarbeitung der Befehlssignale für die verschiedenen gesteuerten Achsen einer numerisch gesteuerten Anlagp. Die Aufgabe wird durch einen Multiplexbetrieb gelöst, bei welchem die Befehlssignalmengen für die verschiedenen Achsen in zeitmultiiexer Weise gebildet und der einzigen Recheneinrichtung zugeführt werden, wobei die zeitmultiplexe Arbeitsweise die Durchführung eines Unterprogramms für die verschiedenen Eingangssignale verlangt, die in feststehender Ordnung und in getrennten Intervallen eingegeben werden.

Nach einem Merkmal der Erfindung werden Taktsignale zur Eingabe der Achsenbefehlssignale in die Recheneinrichtung in getrennten

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Intervallen erzeugt, um jedes Befehlssignal einer feststehenden Reihenfolge von Verarbeitungsgängen zu unterziehen, wobei die Dauer der getrennten Intervalle länger ist, als die zur Durchführung der feststehenden Arbeitsfolge erforderliche Zeit. Zu der seriell durchgeführten Arbeitsfolge gehört der Vergleich des Fehlersignals mit den verschiedenen Schaltpunkten, so daß der Servomotor des Werkzeugmaschinenschlittens entsprechend gesteuert werden kann.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen numerischen Steuerung; und

Fig. 2 ein Impulsdiagramm, das die Beziehung zwischen den Größen der in der Schaltung der Fig. 1 auftretenden Signale darstellt.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße numerische Steuerung 10 für die Einzelpunktsteuerung der Achsen der Werkzeugmaschine 12 gezeigt, wobei diese Werkzeugmaschine drei zueinander senkrecht stehende Achsen für die Verstellung oder Versetzung des Werkzeugs besitzt, sowie Schaltwerke, beispielsweise in der Form von Motoren oder Schraubenböcken bzw. Schraubenwinden zur Steuerung der Versetzung des Werkzeugs oder des Werkzeugmaschinenschlittens in allen drei Achsen. Die Wahl der Zahl Drei ist nicht erfin-

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dungswesentlich und es können mehr oder weniger Achsen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren multiplexgesteuert werden. Die gewünschten Achsenbewegungen werden der Anlage 10 durch die Steuertafel 14 mit den bekannten und geeigneten Eingabevorrichtungen für die numerischen Daten X-, Y- und Z-Achse eingegeben. Die über die Steuertafel 14 eingegebenen bzw. über Drehknöpfe eingespeisten Befehle gelangen an den Speicher 16 mit den Registern 18, 19jLnd 20 für die X-, Y- und Z-Achse. Wie bekannt, können die Positionierbefehle auch von einem Lochstreifenleser eingegeben werden. Jedes

^ Register besitzt drei getrennte Teile: Den ersten Teil zur Speicherung des Eingabebefehls, den zweiten Teil zur Speicherung einer Werkzeug- oder Schlittenversetzung, wenn eine'solche gefordert wird,' und den dritten Teil zur Speicherung der Wer e für die Ist-Stellung des Werkzeugs oder des Schlittens, wobei diese Daten vom Werkzeug bzw. Schlitten 12 über einen Rückführungs- oder Regelkanal an das Register übertragen werden. Die digitalen Daten der Register oder Registerfelder 18, 19 und 20 werden dem Multiplexer 22 eingespeist, dessen Ausgänge 24, 25 und 26 für Befehlssignale, Versetzungssignale und Positionierungssignale an die einzige Recheneinrich-

" tung 28 geführt sind. Die Recheneinrichtung 28dient zur Abgabe eines multiplexgebildeten Fehlersignals an die Leitung 42, das proportional ist dem Achsenbefehl plus der Einzelversetzung in einer jeden gesteuerten Achse minus der gegenwärtigen Iststellung des Werkzeugmaschinenschlittens. Diese Aufgabe wird, zusammen mit der weiteren Funktion des Vergleich des Fehlersignals mit einer Anzahl von Schaltpunkten, als serielle Folge von Arbeitsgängen durchgeführt, die von Taktsignalen gesteuert werden,welche auf den Eingangsleitungen 30 vom Taktsignalgeber 31 im Multiplexer 22 her anliegen. __t._

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In zunehmend kleineren Abständen von der Sollstellung werden durch die Schaltpunktsteuerung 52 drei Schaltpunkte festgelegt, wobei die Ausgangsleitungen 34, 35 und 36 der Schaltpunktsteuerung 52

• an die Recheneinrichtung 28 geführt sind. In diesen Ausgangsleitungen liegen die den Schaltpunkten 1, 2 und 3 zugeordneten Koinzidenztore 38, 3 9 und 40, welche die Auslösepunkte der Reihe

nach bei Auftreten der Taktsignale des Taktsignalgebers 31 über die Leitungeni, 2 und 3 beaufschlagen.

Die Ausgangsleitung 42 der Recheneinrichtung 28 ist mit dem Akku- mulstDT 44 verbunden, der als Pufferspeicher für das Achsenfehlersignal dient. Ober die Ausgangsleitung 146 ist der Akkumulator 44 zur Recheneinrichtung zurückgeführt, so daß der Inhalt des Akkumulators mit dem über die Leitungen 34, 35 und 36 an die Recheneinrichtung gelangenden Schaltpunktsignalen verglichen werden kann. Ferner ist der Akkumulator 44 mit der logischen Schaltung 48 für. Fehlersignale verbunden, welche die Befehle für die X-, Y- und Z-Achse an die einzelnen Schaltwerke der Werkzeugmaschine 12 sowie auch an die Stellungsanzeige 50 verteilt. Die Schaltung 48 ist mit den Taktsignalen synchronisiert, um die Fehlersignale an die richtigen Achsen zu verteilen.

Im Multiplexer 22 empfängt eine erst© Reihe von UND-Toren 52, 54 und 56 die Taktsignale 1, 2 und 3 fqsb Taktsignalgeber 31 sowie die Be fehl ssigxia !größen von den Registern 18, 19 und 20 „ Die Ausgangssignale der ÜND-Tore 52 _B 54 und 56 gelangen/gemeinsam an das ODER-Tor 58„ dessen Ausgaragssignal wiederum auf der Befehlsausgabeleitmig 24 erscheint„

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Eine zweite Reihe von UND-Toren 60, 62 und 64 empfängt die Taktsignale des Generators 31 sowie die Signal-großen für die Versetzungen in der X-, Y- und Z-Achse von den Registern 18, 19 und 20. Die Ausgangssignale der UND-Tore 60, 62 und 64 gelangen gemeinsam an das ODER-Tor 66, dessen Ausgangssignal wiederum auf der Leitung 25 für Versetzungsbefehle erscheint.

Eine dritte Reihe von UND-Toren 68, 70 und 72 empfängt die Taktsignale des Generators 31 sowie die Signalgrößen für die Ist-Stellung von den Registerteilen 18, 19 und 20. Die Ausgangssignale der UND-Tore 68, 70 und 72 gelangen gemeinsam an das ODER-Tor 74, dessen Ausgangssignal wiederum ein Positionierbefehl auf der Leitung 26 ist. Jede Signalgröße für einen Befehl, eine Versetzung und eine Positionierung gelangt an die Recheneinrichtung 28 zur Errechnung des Fehlersignals auf der Leitung 42 in Abhängigkeit von einer nachstehend beschriebenen seriellen Arbeitsfolge.

Arbeitsweise

Die Arbeitsweise der numerischen Steuerung 10 der Fig. 1 wird jetzt anhand des Impulsdiagramms der Fig. 2 beschrieben. Die drei obersten Kurven der Fig. 2 sind die pha.senversetzten Rechteckspannungen 76, 78 und 80, die durch den TaktSignalgeber 31 erzeugt werden und auf den Leitungen 1, 2 und 3 anliegen. Wie vorstehend

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beschrieben, gelangen diese drei phasenversetzten Signale zu den UND-Toren 52, 54, 56, 60, 62, 64, 68, 70 und 72 zur zeitmultiplexgebildeten Übertragung der Befehls·;Versetzungs- und Positionierungssignale von den drei Registern 18, 19 und 20 füi/die gesteuerten Achsen. Außerdem gelangen diese Signale an die Schaltpunkttore 38, 39 und 40 zur Übertragung von Schaltpunktdaten an die Recheneinrichtung 28. Somit werden die Tore 52, 60 und 68 durchgesteuert, solange die Spannung 76. hochpegelig ist, um die Signalgrößen für die X-Achsen an die Recheneinrichtung zu übertragen. Solange die Spannung 78 hochpegelig ist, werden die Tore 54, 62 und 70 zur Übertragung der Signalgrößen für die Y-Achse an die Recheneinrichtung durchgesteuert. Schließlich werden die Tore 56, 64 und 72 durchgesteuert, solange die Spannung 80 hochpegelig ist, um die Signalgrößen für die Z-Achse an die Recheneinrichtung zu übertragen.

Fig. 2 zeigt acht weitere phasenversetzte Impulsbilder, die mit TS 1 bis TS8 bezeichnet sind und auf der Leitung 30 erscheinen, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Impuls TS2 eilt dem Impuls TS1 zeitlich nach, undüer Impuls TS3 eilt dem Impuls TS2 zeitlich nach, bis alle acht Impulse TS1 bis TS8 wflhrend des hochpegeligen Zustandes der Spannung 76 aufgetreten sind. Die zweite Impulsreihe TSl bis TS8 tritt während des hochpegeligen Intervalls des Impulses 78 auf. Die dritte Impulsreihe TS1 bisTS8 tritt während des hochpegeligen Zustandes der Wellenform 80 auf, worauf sich der Zyklus wiederholt. Diese Impulsformen der Fig. 2 können leicht mit Hilfe eines bekannten stabilen Oszillators und einer bekannten geeigneten Verzögerungsschaltung erzeugt werden.

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Die serielle Arbeitsfolge in der Recheneinrichtung 22 bei Auftreten der Taktimpulse TS 1 bis TS8 läuft wie folgt ab: TS1 bewirkt die Eingabe von Daten für eine früher gemessene Stellung in das Speicherfeld für das Stellungssignal; TS2 löst die algebraische Addition des Befehls und der Daten für die Versetzung sowie die Speicherung der Summe im Akkumulator 44aus; TS3 bewirkt eine Ergänzung der Komplementärzahlen dieser Summe, falls erforderlich, sowie die Einspeicherung des Ergebnisses im Akku-

^ mulator 44; TS4 bewirkt eine Subtraktion der Sollstellungsdaten

vom Inhalt des Akkumulators und eine Einspeicherung der Differenz im Akkumulator 44; TS5 löst eine Ergänzung durch Komplementärzahlen der Größe des Differenzsignals aus, falls erforderlich. Jetzt ist im Akkumulator das Fehlersignal gespeichert. Bei Auftreten von TS6 wird der Inhalt des Akkumulators mit dem ersten Schaltpunktsignal des Schaltpunkttors 38 verglichen. Wenn durch diesen Vergleich angezeigt wiard, daß das Schaltwerk eine Versetzung des Werkzeugmaschinenschlittens zur Stellung des Schaltpunkts ausgelöst hat, dann wird der diese Schlittenbewegung

" steuernde Motor abgebremst bzw. verlangsamt. Dies kann auf verschiedene Weise, einschließlich Stromumschaltung, durchgeführt werden. Bei Auftreten von TS7 wird der Inhalt des Akkumulators mit dem zweiten Schaltpunktsignal verglichen, und die Motorendrehzahl wird wiederum herabgesetzt, wenn der Vergleich zeigt,daß der Schaltpunkt erreicht wurde. Bei Auftreten von TS8 wirdüer Inhalt des Akkumulators 44 mit dem dritten Schaltpunktsignal verglichen, und wenn dieser Schaltpunkt erreicht worden ist, dann wird der

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Motor abgeschaltet, und der Werkzeugmaschinenschlitten bzw. das Werkzeug kann antriebslos Cira Leerlauf) in die Sollstellung einfahren. Diese Arbeitsfolge wird laufend und seriell für die Signalgrößen der X-, Y- und Z-Achse wiederholt, um die Stellung des Werkzeugmaschinenschi it.tens dauernd mit nur einer Recheneinrichtung steuern zu können, wobei diese serielle Steuerungsweise eine Vereinfachung der Arbeitsgänge und der Herstellung der Anlage gestattet.

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Claims

Patentanwalt» Dr. Ing. H. Ne₉*ncknk

Dipl. Ing. H. Hzt.
Dipl. Phys. W. Srf

.dk

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 30. Juli 1971

Anwaltsakte M-1671

Southfleid,Mich. 48075,USA

Patentansprüche

,/Verfahren zum Betrieb einer numerischen Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einer Anzahl von gesteuerten Achsen und einer Anzahl von diesen Achsen zugeordneten Einrichtungen, die in Abhängigkeit von entsprechenden Stellungsbefehlen arbeiten, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Serielle Eingabe der Befehlssignale in festen Intervallen an eine Recheneinrichtung zur Durchführung einer seriellen Folge von Rechenoperationen, wiederholte Durchführung der Folge von Rechenoperationen für jedes Befehlssignal während der Dauer dieser feststehenden Intervalle, sowie als Teil der Folge von Rechenvorgangen, der Vergleich der durch die Recheneinrichtung von den BefehlsSignalen abgeleiteten Signale mit jeweils mindestens zwei Schaltpunktsignalen, um die Weise festzulegen, in welcher die zugeordneten Einrichtungen gesteuert werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s daß die Eingabe der Befehlssignale die Einspeisung der Befehlssignale in eine Anzahl von Toren umfaßt, welche die die Intervalle darstellenden phasenversetzten Taktsignale erzeugen, sowie dadurch, daß die Taktsignale an die Tore angelegt werden.
3. Numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einer Anzahl von stellungsgesteuerten Schaltwerken zur Positionierung des Werkzeugmaschinenschlittens in den entsprechenden Achsen nach dem Verfahren von Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bausteine umfaßt: Einrichtungen zur Abgabe von Signalen für Stellungsdaten (14,16) an jedes Schaltwerk (12), eine Recheneinrichtung (28) zur Erzeugung von Stellungsfehlersignalen für die Schaltwerke und schließlich einen Multiplexer (22) zur Abgabe der Signale für die Stellungsdaten an die Recheneinrichtung (28) in einer serfellen Folge in Abhängigkeit von den Signalen der stellungsgesteuerten Achsen,
4. Numerische Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Abgabe von Signalen für die Stellungsdaten (16) für jede Achse (18,19,20) folgende Bausteine umfaßt: Einen Speicher für Befehlssignale, einen Speicher für Versetzungssignale und einen Speicher für die Iststellung.
5. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinuchtung (28) ein Ausgangssignal erzeugt, das auf das Befehlssignal plus Versetzungssignal minus Stellungssignal bezogen ist.

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6. Numerische Steuerung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (28) über die Schaltpunkttore (38,39,40) mit der Schaltpunktsteuerung (52) zum Vergleich des Ausgangssignals mit mindestens einem Schaltpunktsignal für jede Achse verbunden ist, um bei Erreichen des Schaltpunktes die Merkmale der Schaltwerksteuerung zu verändern.
7. Numerische Steuerung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (22) eine Anzahl von zwischen den Stellungsgebern (14,16) und die Recheneinheit (28) geschalteten Koinzidenztoren (52,54, 56,60,62,64,68,70,72) enthält, sowie dadurch, daß ein Taktsignalgeber (31) mit den Koinzidenztoren, den Schaltpunkttoren (38,59,40) und mit der Recheneinrichtung (28) verbunden ist.

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