DE2145323A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteue rung - Google Patents
Numerische Werkzeugmaschinensteue rungInfo
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Description
2H5323
Patentanwälte
Dr. Ing. H. Negftnctank
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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BAd°*igiNal 209813/1087
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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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BAD ORJGJNAL
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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 XxZ9 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
it tit
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 (9)
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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