DE2145323A1

DE2145323A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteue rung

Info

Publication number: DE2145323A1
Application number: DE19712145323
Authority: DE
Inventors: George H Northville Mich McDamel (V St A )
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1972-03-23
Also published as: CH542684A; FR2107842B1; JPS5424155B1; DE2145323B2; DE2145323C3; FR2107842A1; BR7106083D0; GB1329653A; US3676651A; CA934853A

Description

2H5323

Patentanwälte
Dr. Ing. H. Negftnctank

Dipl. Ing. H. Hsuck Dipl. Phys. W» Schmilz

Tel. 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 6. September 1971

Soutlifield,Iiich.48075,LSA Anwaltsakte ϊ,-1745

burnerisehe Werkzeugmaschinensteuerung

Die Erfindung betrifft Steuerungen für Drehmaschinen, insbesondere eine Steuerung für ein schnelles Abheben des Werkzeugs an einen bestimmten Punkt während eines spanabhebenden Vorgangs.

Bei numerisch gesteuerten Naschinen, wie z.B. bei Drehmaschinen, wird ein Werkzeug in Abhängigkeit von Lagen- und Vorschubbefehlen über ein l.'erkstück geführt. Diese Befehle können entweder von Hand über eine Steuertäfel eingegeben werden oder von einem programmierten Lochstreifen ausgelesen werden. Eine weit verbreitete Anwendung von numerisch gesteuerten Drehmaschinen besteht in der Ausführung von GewinOeschnitten am Werkstück. Dies ist gewöhnlich ein sehr genauer Arbeitsgang, bei welchem das Werkzeug an bestimmten gewählten Punkten auf dem Werkstück aufsetzen bzw. von ihn; abheben muß. iJer Vorgang des Abhebens muß in einigen Fällen mit Eilganggeschwiudigkeit ausgeführt werden, um einen Absatz

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oder eine Stufe im Werkstück freizuschneiden oder aus anderen Gründen ein sauberes Ende des Gewindeganges zu erzeugen.

Ein Weg, ein schnelles Abheben des Werkzeugs zu erreichen, besteht in der Auslesung und Speicherung von Stellbefehlen vor der Durchführung des Arbeitsganges; d.h., es wird ein Stellbefehl an einen Pufferspeicher während der Durchführung des vorhergehenden Befehls übertragen. Dadurch können der Abhebweg und der Abhebvorschub unmittelbar bei Beendigung des Gewindeschnitts getrennt programmiert und durchgeführt werden. Jedoch sind viele Steuerungen nicht mit Pufferspeichern zur schnellen Verarbeitung eigener Daten für den Abhebweg und den Abhebvorschub ausgerüstet, und eine zusätzliche Einrichtung dieser Art würde die Steuerungen verteuern und ihren Aufbau komplizierter gestalten. Das /blieben eines Werkzeugs wird normalerweise durch Auslesen und Interpolation eines zusätzlichen Datenblocks auf dem Lochstreifen'durchgeführt. Dies ist ein verhältnismäßig langsamer Arbeitsvorgang, der in vielen Fällen für die erforderliche Abhebgeschwindigkeit beim Gewindeschneiden zu langsam ist.

Erfindungsgemäß wird ein schnelles Abheben des V.'erkzeups an einem gewählten Punkt in der Versetzungsbahn ohne Notwendigkeit zur Auslesung eines eigenen Programmblocks erreicht, der das Abheben des Werkzeugs festlegt sowie ohne Notwendigkeit für einen Pufferspeicher zum Abtasten und Speichern der Daten für die Abhebbewegunti vor Hirer Durchführung. Im allgemeinen wird dies in Abhängigkeit von den Pro^rarindaten für die l'.ev.'cpun^; eines Werkzeugs mit relativ langsamer r.eschv;indigkeit auf einer bestimmten Bahn mit

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einer komponente in mindestens einer Achse der Werkzeugbewegung erreicht, sowie durcli Abtasten der Gleichiaeit der Werkzeugstellung ir.it einer vorher von Program aus ge le senen Koordinate für die Endstellunrj und schließlich durch Durchführung einer relativ schnellen IVerkzeixgversetzung (Eilgang) in den anderen Werkzeugachsen, bis die zweite Koordinate für die Endstellung erreicht ist.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Werkzeugweg für den Cewindesclmitt durch Bestimmung der Ausgangsstellung der Gewindesteigung in jeder Achse der Werkzeugbewegung gegenüber der Spindeldrehung und durch Bestimmung der Koordinaten für die iv'erkzeugenCstellung bei Beendigung des Abhebvorgangs programmiert. Ls ist eine Vergleichseinrichtung \'orgesehen, um festzulegen, wenn die durch ein Regelsignal dargestellte Ist-Stellun der Korrdinste der Endstellung in einer Achse gleich ist. Jetzt löst eine logische Schaltung die Übertragung eines lileiciiheitssigii-ils an die Vorschubsteuerung aus, welche sofort das werkzeug mit höcüster Geschwindigkeit in der anderen .Achse versetzt. ΙΓεπη die zweite Koordinate die Endstellung erreicht, wird die Versetzung des Werkzeugs in Abhängigkeit von der Auslösung weiterer Programmuaten beendet.

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

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Fig. 1 das Blockschaltbild eines bestimmten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 die Schemazeichnung eines ersten Gewindeschneidvorgangs;

Fig. 3 die Schei^azeichnung eines zweiten Gewindeschneidvorgangs .

In Fig. 1 steuert die numerische Steuerung 10 die Zweiachsendrehmaschine 12 mit den Steuergeräten 14 und 16 für Versetzungen in der X- und der Z-Achse, wobei diese Steuergeräte beispielsweise Wendemotoren oder Schraubenböcke zur Positionierung der Werkzeugschlitten in den zueinander senkrecht stehenden X- und Z-Achsen sein können. Die Stellungen des Werkzeugs 15 gegenüber den; Werkstück 17 werden durch die Einheiten 14 und 16 in Abhängigkeit von Befehlen gesteuert, die vom achtkanaligen Lochstreifenleser 20 vom Lochstreifen 18 mit den programmierten Stellungen ausgelesen werden. Die Stellungsbefehle für die X- und Z-Achse werden seriell ausgelesen und durch das Adressenregister 22 zur Übertragung an die entsprechenden Speicherregister 24 und 26 für die X- und Z-Achse dekodiert. Außerdem werden die Befehle K und I zur Bestimmung des Vorschubs pro Spindelumdrehung in der Z- und der X-Achse vom Lochstreifen 18 ausgelesen und an die Speicherregister 25 und 27 übertragen.

Von den Registern 24 und 26 gelangen die Befehle direkt an die ' Interpolatoren 28 und 30 zur Erzeugung von Befehlsimpulsen, die

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an die Steuergeräte 14 un-¹ 16 für die Werkzeugversetzung angelegt werden. Außerdem werden Befehle I und K direkt an die Vorschubinterpolatoren 31 und 32 übertrager*. Die Vorschubinterpolatoren

31 und 33 geben Vorschubimpulse an die Interpolatoren 28 und 30 ab. Die Interpolatoren 28, 30, 31 und 33 sind als normale Differentialanalysatoren ausgeführt. Für das Gewindeschneiden gelangen Additionsinipulse vom Spindeldrehzahlwandler 32 an die Interpolatoren 31 und 33, um die Geschwindigkeit der Befehlsimpulse festzulegen und damit die Versetzungsgeschwindigkeiten in der X- und der Z-Achse zu bestimmen. Die Impulse des Spindeldrehzahlwandlers

32 treten mit einer Geschwindigkeit auf, die der Drehzahl der jrehmaschinenspindel direkt proportional ist, und damit ist der Vorschub an die Spindeldrehzahl gekoppelt. Der Wandler 32 erzeugt normalerweise zehntausend Impulse pro Spindelumdrehung. Die Additionsinpulse des Wandlers gelangen an die Impulsgeschwindigkeitssteuerung 34, welche entweder die Ausgangsinpulse mit der Geschwindigkeit des Spindeldrehzahlwandlers auf die Leitung 36 weitersciialtet oder die Ausgangsimpulse für die Flöchstgeschwindigkeit auf eine der Leitungen 33 und 39 t^eiterschaltet, die direkt mit üer Versetzungssteuerung für die Y- und Z-Achse zu Zwecken verbunden sind, die nachstehend näher erläutert werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 wird im wesentlichen eine Stellungssteuorung in Nahmen eines Pegelkreises erreicht, w.bei die Stellungsbefehle mit den Sigalen für die Ist-Stellung verglichen werden, um die entsprechenden J'egelsignale zu erzeugen. Jiese j'ogelsciialtuag enthält die Vergleichseinrichtungen oder Komparatoren 4-O un· M, an denen die Stellungsbefehle für die ).- und

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die Z-Achse sowie die Regelsignale für die Ist-Stellung in der X- und der Z-Achse von den Steuereinrichtungen 14 im- 16 anliegen. Die Regelsignale werden normalerweise von Funktionsdrehroeldern oder ähnlichen liinrichtun. en erzeugt und liegen auf den Leitungen 41 und 43 an. Die Ausgangssignale der Komparatoren 40 und 42 sind Gleichheitssignale, die hochpegelig sind, wenn die Idfferenz zv:ischen der Ist- und der Soll-Stellung der vYerkzeuginaschinenschlitten in den entsprechenden Steuerachsen ;mll ist. Die Komparatoren oder Vergleichsschaltungen 40 und 42 können auch zur Erzeugung herkömmlüier Fehlersignale verwendet werden, um die Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Stellung zum Vergleich mit den Auslösepunkten anzuzeigen, bei welchen Steuerfunktionen an der i^otordrehzahl durchgeführt werden sollen.

Die Gleichheitssignale für die X- und Z-Achse gelangen an die Eingänge der Koinzidenztore (LND-Tore) 44 und 46. Die Ausgangssignale der Tore 44 und 46 werden an die Eingänge des Disjunktionstores 48 angelegt, dessen Ausgang an die Iinpulsgesc^windigkeitssteuerung 34 geführt ist, um die Leitungen 38 oder 39 zu . beaufschlagen, wenn das Ausgangssignal des Tors 48 hochpegelig ist. Weitere Eingangssignale gelangen von den Flip-Flops 50 und 52 an die Tore 44 un-, 46. Diese Flip-Flops werden durch die Adressensignale Xa und Za des Registers 22 für die X und Z-Achse angeschaltet. Somit wird der Flip-Flop 50 durch einen Adressenbefehl für die X-Achse und der Flip-Flop 52 durch einen Adressenbefehl für die Z-Achse angeschaltet.. Vom Cewindeschneidsignalgeber 54 her liegen Ansteuerungssigriale an den !".indungen der .Tore 44

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und 46 an, wobei der Gewindeschneidsignalgeber 54 bei jedem Gewindesclineidvorgang beaufschlagt wird, um das Gewindeschneiden von anderen Arbeitsgängen zu unterscheiden, bei denen ein schnelles Abheben des V/erkzeugs nicht zweckmäßig ist und die in Vorschubwegeinheiten pro Spindelumdrehung ausgedrückt tverden (IPR = inches of feed per spindle revolution = Vorschub in Zoll-Zentimeter pro Spindelumdrehung). Die Flip-Flops 50 und 52 werden durch die Koinzidenz der beiden Gleichheitssignale für die X- und Z-Achse an den Eingängen des UND-Tors 55 gelöscht.

Somit ist das Ausgangssignal des Tors 44 hochpegelig, wenn das Gewindeschneidsignal des Signalgebers 54 hochpegelig ist, und der Flip-Flop 50 xvird gelöscht, wodurch gemeldet wird, daß der X-Achsenbefehl durchgeführt wird und das Regelsignal für die X-Achse den Stellungsbefehl für die X-Achse gleich ist, d.h., daß die Koordinate der Endstellung in der X-Achse erreicht \tforden ist, Jetzt geben die Tore 44 und 48 ein hochpegeliges Ausgangssignal an die Iinpulsgeschwindigkeitssteuerung 34 ab. Die Leitung 39' wird erregt, um das Werkzeug in der Z-Achse mit der höchsten Eilganggeschwindigkeit zu verfahren. Das Tor 46 arbeitet in der gleichen Weise für die Z-Achse zur Beaufschlagung der Leitung 38.

In Fig. 2 ist ein normaler Arbeitsgang der Steuerung 10 der Fig.1 zur Erzeugung eines zylindrischen Gewindes am Werkstück 15 gezeigt. Das Werkzeugkiird zunächst zum Eingriff mit dem Werkstück 15 an den Koordinaten X, Ζ* positioniert. Der programmierte Lochstreifen 18 wird ausgelesen, um den Werkzeugvorschub in der Z-Achse für jede Spindelumdrehung zu bestimmen. Der im Register 25

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gespeicherte Defehl K enthält diese Daten. J)er Werkzeugvorschub für jede SpindelumdreUung in der T-Achse ist im Befehl I enthalten, der im Beispiel der Fig. 2 Null ist. Außerdem werden die Endstellungskoordinaten X₉Z₉ vom Lochstreifen 18 aus gelesen und in den Registern 24 un-J 26 gespeic-nert.

Wenn sich das Werkzeug auf dem Gewindeschneidteil der Bahn 58 vorwärtsbewegt, so wird es vom Befehl K gesteuert, bis die durch die Koordinaten A^Z₉ bestimmte Stellung erreicht ist. An diesem Punkt ist das Regelsignal für die Z-Achse gleich dem Z-Achsenbefehl, und die Vergleichsschaltung 42 erzeugt das Cleiclmeitssignal für die Z-Achse. Durch das Abtasten des Befehls Z₉ wurde vorher der Flip-Flop 52 angeschaltet, und durch Betätigung der Einheit 54 wurde der Gewindeschneidvorgang ausgelöst. Lias Gleichheitssignal vervollständigt die am Tor 46 anliegenden Lingangssignale, wodurch es über die Tore 46 und 43 an die Impulsgeschwindigkeitssteuerung 34 gelangen kann. i)ie Leitung 58 wird beaufschlagt, wodurch der normale Vorschub übersteuert wird und der Eilgang mit höchster Geschwindigkeit in der X-Achse betätigt wird, ijer Eilgang mit höchster Geschwindigkeit setzt sich bis zur iindstellung an den Kooridnaten X₉^2 ^^ort» wobei dann durch die Vergleichsschaltung 40 das X-Gleichheitssignal erzeugt wird. Damit werden die an dem Tor 53 anliegenden Eingangssignale vervollständigt, wodurch die Flip-Flops 40 un.i 42 gelöscht werden und der Eilgang beendet wird. Weitere Werkzeugbewegungen erfolgen in Abhängigkeit von einer weiteren Auslesung des Lochstreifens.

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wie Symmetrie der Steuerung 10 gestattet es, ein Gewinde in eine LndPläche des Werkstücks 15 mit einen zuerst relativ langsamen Vorschub in der X-Achse einzuschneiden, den ein schnelles Zurückfahren in der Z-Achse folgt. Die Arbeitsweise der Steuerung 10 ist im wesentlichen die gleiche wie im Beispiel der Fig. 2, ausgenommen daß jetzt die Achsenbezeichnungen ausgetauscht sin;.

In Fig. 3 wird der Schnitt eines Kegelgewindes im Werkstück 15' gezeigt. Hierbei wird die Werkzeugbahn 60 nit dem schnellen ^ückfanren in der X-Achse von den Koordinaten X₉Z₉ auf die Koordinaten X₇Z₉ programmiert. Die BaIm 60 wird durch die Anfangskoordinaten X-iZ,, die Steigung K in der Z-Achse und die Steigung I in der X-Achse, sowie die Koordinaten X_xZ₉ für die Endstellung beschrieben. Mi.· iu Falle des Beispiels der Fig. 2 wird der durch die Koordinaten für das Gewindeende X₉Z₉ gegebene Punkt nicht gesondert

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programmiert.

Im Betrieb folgt das Werkzeug der Bahn 60 von X₁Z₁ bis X₉Z₉, wenn das Z-Oleichheitssignal infolge der Gleichheit des Z-Rückführungssignals nit de; ι Z₂-BeFeIiI für die F.ncfe te llung im Register 26 auftritt. Das Z-Cleichheitssignal durchläuft die Tore 46 und 43 und beaufschlagt die Leitung 33, wodurch der F.ilgang in der X-Achse mit Ilücnsgeschwindigkeit ausgelöst wird. Wenn das Werkzeug die Endkooidinaten X₃Z₉ erreicht, dann wird das X-Cleichheitssignal erzeugt, welches das Tor 53 anschaltet und die Flip-Flops 50 und 52 löscht, dadurch wird die Werkzeugbewegung.angehalten, bis weitere iaten vom Lochstreifen ausgelesen werden.

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Claims

Dr. Ing. H. Dipl. Ing. K. Hsuck Dipl. Rhys. W. Schmitz 8 München 15, Kozc rfetr.23 Tel. 5380586 The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center ^ September 1Γ71 " Anwaltsekte .>1745 Patentansprüche

1. Numerische Steuerung für eine Werkzeugnasc~Line mit einem in mindestens zwei Achsen verfahrbaren Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Baugruppen enthält: i;ie in Abhängigkeit von Programir.daten ein Werkzeug (15) mit zuerst verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit in einer 3a'm bewegenden Interpolatoreri (23,30,31,33), wobei lie Bahn eine Konponente besitzt, die in mindestens einer der Achsen liegt, register (24,26) zur Speicherung der Progranndaten für die Koordinaten der Endstellung des Werkzeugs (15) in diesen Achsen, Vergleichsschaltungen (40,42) zum Vergleich der Ist-Stelluiirssignale mit den Programmdaten der register (24,26) und zur Erzeugung eines Gleichheitssignals, wenn diese Signale einander gleich sind, sowie ein/Vorschubsteuersignalgeber (34), der in Abhängigkeit davon ein Signal (38,39) erzeugt, dass der Werkzeugschlitten (14,16) die Koordinate einer radstellung erreicht, ivobei das-Werkzeug (15) durch das Signal (38,39) mit einer zweiten

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verhältnismäßig schnellen Geschwindigkeit auf der anderen Achse zur Koordinate der Endstellung hin bewegt wird.

2. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regelkreis zwischen den ScLlitten (14,16) und den Vergleichsschaltungen (40,42) zur Erzeugung des Ist-Stellungssignals für das Werkzeug (15) in jeder Achse.

3. iN'umerische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mit dem Register (24,25,26,2 7) und den Interpolatoren (23,30,31,33) verbundenen Lochstreifenleser (18,20).

4. numerische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltungen (40,42) über die Koinzidenztore (44,46) an den Vorschubsteuersignalgeber (34) gekoppelt sind, wobei der zweite Eingang der Koinziuenztore (44,46) mit den Registern (24,26) verbunden ist.

5. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenztore (44,46) über Hultivibratoren (50,52) mit den Registern (24,26) verbunden sind.

6. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Eingang der Koinzidenztore (44,46) an einen Gewindeschneidsignalgeber (54) geführt ist, und daß der Vorschubsteuersignalgeber (34) mit dem Spindeldrehzahlsignal-

^0/?% (32) verbunden ist.

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7. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Koinzidenztore (44,46) * über das Disjunktionstor (48) an den Vorschubsteuersignalgeber (34) gekoppelt sind.

8. Numerische Steuerung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Vergleichsschaltungen (40,42) als Eingänge des Löschtores (53) der Multivibratoren (50,52) geschaltet sind.

9. Numerische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Hilfsregister (25,2 7) zur Speicherung der Programmdaten für den Vorschub des Werkzeugs (15) pro Spindelumdrehung und durch zwischen die Hilfsregister (25,2 7) und die ersten Interpolatoren (2 8,30) geschaltete Ililfsinterpolatoren (31,33), wobei die Ausgänge des Vorschubsteuersignalgebers (34) einerseits an die Hilfsinterpolatoren (31,33) geführt sind und andererseits direkt mit den Steuergeräten (14, 16) zum Verfahren der Werkzeuge in den Achsen verbunden sind.

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