DE2114785B2

DE2114785B2 - Numerische werkzeugmaschinensteuerung

Info

Publication number: DE2114785B2
Application number: DE19712114785
Authority: DE
Inventors: Thomas L Warren; Cutler Hymie Detroit; Mich. Glowczewski (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-03-30
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1977-11-17
Also published as: JPS5543852B1; CH537779A; DE2114785A1; FR2083660A1; GB1314132A; FR2083660B1; US3665493A

Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Werkzeugmachinensteuerung mit einer Normaleingabeeinheit für 'rogrammdaten, einem Leitwerk zur Steuerung der Coordinatenservoantriebe und des Spindelantriebes der Verkzeugmaschine und mit einer adaptiven Regelung, lie mit auf der Werkzeugmaschine angeordneten ^?üh!crn zusammenarbeitet, und mit einer Hilfseingabeiinheit zur Eingabe von Grenzwerten für Bearbeitungs- ;rößen verbunden ist und die ein im Hinblick auf >ptimales Arbeiten der Werkzeugmaschine korrigiertes /orschubgeschwindigkeitssignal und Spindeldrehzahlsignal an das Leitwerk abgibt, wobei die adaptive Regelung intern das Spindeldrehzahlsignal und ein Zerspanungskraftsignal als unabhängige Parameter verwendet und eine MuhipKkatorschaltung aufweist, die aus dem Spindeldrehzahlsignal und dem Zerspanungskraftsignal das Vorschubgeschwindigkeitssignal berechnet, und wobei die adaptive Regelung eine Planungsschaltung aufweist, die bei Überschreiten zugeordneter Grenzwerte für das Zerspanungskraftsignal und das Spindeldrehzahlsignal Steuersignale zur Änderung derselben in entgegengesetztem Sinne bereitstellt.

Festprogrammierte numerische Werkzeugmaschinensteuerungen müssen beim Ansetzen der äußeren Parameter, z. B. der Härte des zu bearbeitenden Werkstoffes oder der Schärfe des Werkzeugs, im wesentlichen vom ungünstigsten Fall ausgehen. So muß Beispielsweise bei der Bestimmung des Vorschubs davon ausgegangen werden, daß der zu bearbeitende Werkstoff das härteste Material ist, welches für das Programm in Anwendung kommen kann. Wird das Programm für einen weicheren Werkstoff benutzt, so könnten die Vorschübe erheblich über die programmierten Werte hinaus gesteigert werden. Umgekehrt kann aber auch ein Werkstück ein gehärtetes Teil enthalten, dessen Härte die vom Programmierer vorausgesetzten Härtegrenzen übersteigt, wodurch sich ein hoher Werkzeugverschleiß ergibt. Daher kann eine derart gesteuerte Maschine häufig' nur mit einem erheblich geringeren Wirkungsgrad, gemessen an verschiedenen Kriterien, z. B. der Abtraggeschwindigkeit des Spanungsvorgangs, betrieben werden als eine handgesteuerte Maschine, deren Leistung durch die Bedienung erfaßt wird. Im letzteren Falle können nämlich auch von Hand Faktoren, wie der Vorschub oder die Drehzahl des Schneidwerkzeuge, zur Optimierung des Betriebes verändert werden.

Es gibt auch numerische Werkzeugmaschinensteue rungen, welche die zum Verspanungsvorgang gehörenden Faktoren abtasten und adaptiv den programmierten Vorschub sowie die programmierte Spindeldrehzahl auf den optimalen Wert abändern.

Eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung der eingangs genannten Art ist aus der britischen Patentschrift 10 80 277 bekannt. Hier werden die Zerspanungskraft und die Spindeldrehzahl als unabhängige Parameter bei der Auffindung des optimalen Arbeitspunktes verwendet; aus diesen Parametern wird durch Multiplikation die Vorschubgeschwindigkeit berechnet. Hierbei findet ein Optimierungsrechner Verwendung.

Bei der aus der Zeitschrift »Control Engineering«, Nov. 64, Seiten 92 — 94 bekannten numerischen Werkzeugmaschinensteuerung werden die vom Datenträger ausgelesenen Befehle für die Soll-Spindeldrehzahl und die Soll-Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes gemäß den jeweils momentan angefundenen Arbeitsbedingungen der Werkzeugmaschine optimiert: Hierzu werden bei einem bestimmten Arbeitspunkt kleine Probeänderungen der Betriebsparameter vorgenommen; aus den sich hierbei ergebenden Änderungen der für den Bearbeitungsvorgang charakteristischen Güteziffer wird durch Extrapolation ein neuer, weiter entfernter Arbeitspunkt bestimmt. Abgesehen davon, daß auch hier ein programmierbarer, teurer Rechner zum Aufsuchen des optimalen Arbpitspiinkies vorgesehen werden muß, hat diese Anordnung den Nachteil, daß sie langsam auf Änderungen der Arbeitsbedingungen anspricht, da vor einer wirklich spürbaren Änderung der Vorschubgeschwindigkeit und der Spin-

deldrehzahl zwei Testpunkte berechnet werden müssen. Während dieser Rechnung läuft die Werkzeugmaschine unter ungünstigen Arbeitsbedingungen oder möglicherweise sogar schlechteren Arbeitsbedingungen weiter. Zudem werden in der Nähe des Extremalpunktes unnötig viele Testpunkte berechnet, ohne daß hierdurch eine entsprechend gute Regelung erhalten wird. Das hier verwendete Gradientenverfahren arbeitet nämlich in der Nähe eines Extremalpunktes, wo die zu untersuchende Fläche im wesentlichen horizontal ist, schlecht.

In der deutschen Offenlegungsschrift 18 03 742 ist eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden, mit der die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit, nicht aber die Änderung zweier unabhängiger Parameter (Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl) möglich ist.

Optimierungsverfahren für eine unabhängige Variable sind außerdem aus der Zeitschrift »Control Engineering«, Sept. 68, Seiten 770 — 775, sowie aus der deutschen Auslegeschrift U 21 860 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringstem Aufwand an hardware als Funktion der beiden unabhängigen Parameter Zerspanungskraft und Spindeldrehzahl den optimalen Arbeitspunkt rasch auffindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die adaptive Regelung einen Zerspanungskraftsignaländerungskreis und einen hiervon unabhängigen Spindeldrehzahlsignaländerungskreis aufweist, die innerhalb der Periode eines ihnen zugeordneten Taktgebers das vorliegende Zerspanungskraftsignal und Spindeldrehzahlsignal um einen vorgegebenen Prozentsatz gemäß der ihnen von der Planungsschaltung übermittelten Steuersignale erhöhen oder erniedrigen; und daß die zugleich mit dem von der Multiplikatorschaltung berechneten Vorschubgeschwindigkeitssignal beaufschlagte Planungsschaltung zusätzlich auch dann eine Änderung des Spindeldrehzahlsignales und des Zerspanungskraftsignales bewirkende Steuersignale bereitstellt, wenn das berechnete Vorschubgeschwindigkeitssignal größer als ein vorgegebener Maximalwert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.

Dadurch, daß unabhängig voneinander arbeitende Signaländerungskreise vorgesehen sind und daß Zerspanungskraftsignal und Spindeldrehzahlsignal unabhängig voneinander geändert werden, ist ein gefahrloses Auffinden des gewünschten optimalen Arbeitspunktes gewährleistet. Der gesamte Schaltungsaufbau ist äußerst einfach. Ein gesonderter, innerer oder äußerer Optimierungscomputer ist nicht erforderlich. Der optimale Arbeitspunkt wird ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung ermittelt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer numerischen Steuerung für eine Fräsmaschine mit der erfindungsgemäßen adaptiven Regelung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des adaptiven Reglers,

F i g. 3 das Blockschaltbild der einen Teil des adaptiven Reglers bildenden Planungsschaliung,

Fig. 4 das Blockschaltbild der einen Teil des adaptiven Reglers bildenden Steuerung für die Drehzahländerung,

F i g. 5 das Blockschaltbild der einen Teil des adaptiven Reglers bildenden Steuerung für die Änderung der Spankraft,

Fig.6 das Blockschaltbild des einen Teil des adaptiven Reglers bildenden Vorschubgenerators,

F i g. 7 der einen Teil des adaptiven Reglers bildenden logischen 1PM-Schaltung,

F i g. 8 das Blockdiagramm eines den Teil der logischen I PM -Schaltung bildenden Quadrierregisters,

F i g. 9 ein Kurvenbild zur Darstellung der adaptiven Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer Fräsmaschine 10 mit dem durch die Spindel 14 in Drehung versetzten Werkzeug 12 dargestellt. Die Fräsmaschine 10 bearbeitet das Werkstück 16, dessen Stellung zum spanabhebenden Werkzeug 12 längs dreier zueinander senkrecht stehender Achsen gesteuert werden soll.

Die Stellung des Werkstücks 16 wird durch numerische, in geeigneten Speichern, wie einem Magnetband 18, gespeicherte Daten gesteuert. Ein Lese- oder Abtastkopf 20 erzeugt beim Vorbeilauf des Bandes am Kopf elektrische Signale, die eine Funktion der auf dem Band gespeicherten Daten sind, und überträgt diese Signale an die logische Eingabeeinheit mit aktivem Teilspeicher 22, in welcher die Daten in eine für die Steuerung geeignete Form umgesetzt werden, z. B. durch Umwandlung eines binär kodierten Dezimalsystems in ein Binärsystem. Außerdem werden die Daten in geeigneten Speichern zur Verwendung durch andere Baugruppen der Steuerungen gespeichert. Die in der Teil- oder Untereinheit 22 gespeicherten Daten gelangen an das Leitwerk 24, das, durch die Eingabedaten gesteuert, für jede stellungsgesteuerte Achse der Maschine eine Impulsfolge erzeugt. Diese Impulsfolgen enthalten Impulszahlen, die proportional zum Weg sind, über welchen das Werkstück 16 relativ zum Werkzeug 12 längs einer jeden Steuerachse bewegt werden soll. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Steuerung über drei zueinander senkrecht stehende Achsen; dementsprechend gibt das Leitwerk 24 drei Ausgangsimpulsfolgen an den Servo 26 der X-Achse, den Servo 28 der V-Achse und den Servo 30 der Z-Achse ab. Die Servos bewirken eine Bewegung des Werkstücks relativ zum Werkzeug über einen Längen- bzw. Wegschritt, z. B. über 2,54 μ für jeden empfangenen Impuls.

Vorher wurde das Magnetband 18 durch einen Programmierer unter Verwendung eines Computers mil einer Anzahl von Befehlssignalen kodiert, welche bewirken, daß die Steuerung das Werkstück entlang einer entsprechenden Kontur- oder Umrißlinie bewegt. Die vorstehend beschriebene Einrichtung ist ein< herkömmliche numerische Steuerung zum Nachformen Zusätzlich zu dieser herkömmlichen Maschinenteile rung, bei welcher im allgemeinen die Drehzahl de Werkzeugs 12 und die Geschwindigkeit, mit welcher de Regler 24 seine Ausgangsimpulszüge erzeugt, gesteucr werden, werden nun die beiden Größen in Abhängigke von Rückmeldesignalen aus dem Bcarbeitungsvorgan sowie von vorgegebenen Grenzwerten geregelt. Dies Regel- bzw. Stcucrfunktionen werden durch di adaptive Regelung 32 ausgeführt. Vor Beginn d( Bearbeitungsvorganges empfängt der Regler über de Lesekopf 20 und die Leitung 36 Daten bezüglich di Bearbeitungsvorganges sowohl von der Handeingab einheil 34 für den Grenzwert als auch vom Magnetbat 18 oder auch nur von einer der beiden Quellen. Währci

des Betriebs der Maschine, d. h. während des Bearbeitungsvorganges, empfängt die adaptive Regelung 32 Signale von den zur Maschine gehörenden Fühlern oder Abtastern 38. Diese Signale bestehen aus dem über die Leitung 40 laufenden Wert für das Drehmoment sowie aus dem über die Leitung 42 laufenden Wert für Schwingungen. Die adaptive Regelung 32 empfängt auch über die Leitungen 64, 66 und 68 die gleichen drei Signale, welche durch das Leitwerk 24 an die Servos 26, 28 und 30 für die X-, Y-, und Z-Achse abgegeben werden. Aufgrund der Grenzwerte und der Werte der von den Fühlern 38 und dem Leitwerk 24 abgegebenen Signale erzeugt die adaptive Regelung 32 Befehlssignale für die Spindeldrehzahl, die über die Leitung 44 an die Spindel 14 gelangen, und Vorschubbefehle, die über die Leitung 46 an das Leitwerk 24 gelangen. Diese während des Bearbeitungsvorgangs regelmäßig nachgestellten Signale steuern die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Spindel sowie die Erzeugungsgeschwindigkeit der Ausgangssignale des Leitwerks 24 und damit die Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücks 16 gegenüber dem Werkzeug 12. Die Änderungen erfolgen so, daß Vorschub und Spindeldrehzahl im Rahmen der für das System geltenden Grenzwerte optimiert werden.

Der innere Aufbau der adaptiven Regelung 32 ist in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt. Ihre verschiedenen Teil- oder Unterbaugruppen und Einheiten werden nachstehend im Hinblick auf ihre Funktion beschrieben. Vor dem Beginn des Betriebs der Maschine werden verschiedene Grenzwerte in den Grenzwertspeicher 50 über die Leitungen 36 von der Handeingabeeinheit 34 oder dem Magnetband 18 oder auch von beiden Quellen eingegeben. Der Grenzwertspeicher 50 dient lediglich zur Speicherung dieser Grenzwertsignale, so daß diese während des Betriebs der Maschine bzw. während eines Bearbeitungsvorgangs der Gesamteinrichtung zur Verfügung stehen.

Diese Signale werden an die Untereinheit »Planungsschaltung« 52 abgegeben. Diese Einheit empfängt auch über die Leitungen 40 und 42 die Rückmeldesignale für Schwingung und Drehmoment von den Fühlern 38. Weiter liegen an der logischen Planungsschaltung 52 die Eingangssignale für den Sollvorschub, die Sollspindeldrehzahl, die Sollzerspanungskraft an, die über die Leitungen 55,56 und 57 von dem Vorschubgenerator 58 abgegeben werden, der eine andere Unterbaugruppe der adaptiven Regelung 32 bildet und nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Aufgrund der Grenzwerte, der Rückmeldesignalc und der Sollwcrtsignalc bestimmt die logische Planungsschaltung im weiteren Sinne die für eine Änderung der Spindcldrchzahl und des Vorschubs einzuhaltende Planung, um eine Optimierung des Bcarbcilungsvorganges zu erreichen. Wie nachstehend im cin/.clncn beschrieben wird, trifft die logische Planungsschaltung ihre Entscheidungen aufgrund von Vergleichen zwischen den Grenzwerten und Faktoren für die Ist-Leistung und wählt eine Planung, welche in drei große Klassen eingeteilt wird:

1. Es besteht ein Luftspalt und keine Überschreitung der Grenzwerte. Das Werkzeug steht nicht in Berührung mit dem Werkstück; Vorschub sowie Drehzahl sind auf hohe Werte einzustellen, wodurch das Werkzeug mit der höchst zulässigen Stoß- oder Aufschlagkraft mit dem Werkstück in Berührung gebracht wird.

2. Keine Überschreitung der Gren/wcrk· und kein Luftspalt. Das Werkzeug steht in Berührung mit dem Werkstück, und die (Iren/werte werden nicht überschritten. Dementsprechend müssen die Signale sowohl für die Zerspanungskraft als auch die Spindeldrehzahl erhöht werden.
3. Überschreitung der Grenzwerte. Die Steuersignale ■3 zeigen an, daß einer der voreingegebenen Grenzwerte überschritten wird. Die Signale für entweder die Zerspanungskraft oder die Spindeldrehzahl oder für beide Werte müssen herabgesetzt werden. Die Planungsschaltung 52 steuert den Signalände-Ki rungskreis 54. Dieser steuert direkt den Vorschubgenerator 58 durch Änderung des Inhalts der Spankraft- und Spindeldrehzahlregister, die sich im Vorschubgenerator befinden und nachstehend im einzelnen beschrieben werden. Diese Änderungen werden in kurzen Intervallen vorgenommen, die

»Abtastung« genannt werden. Über die Leitung 42 gelangt ein Drehmomentsteuerstgnal an den Eingang des Signaländerungskreises 54, welcher dieses Signal zur Festlegung der genauen Einzel- -¹Ii planung für die Änderung der Arbeitsspeicher

verwendet. Ganz allgemein, ändert der Kreis 54 die Spindeldrehzahl stets um einen festen Prozentsatz des Inhalts des Spindeldrehzahlarbeitsspeichers während einer jeden Abtastperiode. Die Zerspa-2-3 nungskraft wird um feste Prozentsätze geändert,

solange keine Grenzwerte überschritten werden; wenn der Grenzwert für das Drehmoment überschritten wird, dann wird der Vorgang der stufenweisen Erhöhung beendet.

in Der nachstehend im einzelnen beschriebene Vorschubgenerator 58 enthält den Spindeldrehzahl· und Zerspanungskraft-Arbeitsspeicher, multipliziert im wesentlichen die in diesen Speichern enthaltenen Faktoren und bildet einen Impuls, dessen Frequenz proportional dem Produkt der beiden Faktoren ist. Dieser Befehl gelangt über die Leitung 60 an die Untereinheit 62, die »logische IPM-Schaltung« oder »LEPM-Schaliung« genannt wird. (IPM = inches/Zoll pro Minute LEPM = Längeneinheit pro Minute, z. B. cm/min).
•ίο Die Frequenz des Impulssignals auf der Leitung 60 ist proportional dem resultierenden Sollvorschub des Werkzeugs 12 gegenüber dem Werkstück 16. Da sich die resultierende Bewegung aus den drei Teilbewegungen ergibt, welche beim bevorzugten Ausführungsbei-I) spiel durch die drei gesteuerten Achsen dargestellt werden, müssen die Intervall- oder lnterpolationsosz.il latoren durch Servos gesteuert werden, um sicherzustellen, daß sich die durch die drei einzelnen Bcwegungsbe fehle gegebene resultierende Bewegung auf den >» erforderlichen logischen Pegel befindet. Somit cnip fängt die logische IPM-LEPM-Schaltung 62 auf dei Leitung 60 das Vorschub-Steuersignal vom Vorschub generator sowie auf den Leitungen 64, 66 und 68 die durch den Intcrpolationsos/.illator 24 erzeugten Bc ■ fchlsimpulse folgen der Λ'-, V- und Z-Achse. Aufgrünt dieser Signale gibt die Einheit 62 ein Signal an dk Leitung 46 ab, welches die Arbeitsgeschwindigkeit dci Intcrpolationsoszillatoren im Leitwerk 24 steuert.

Der Inhalt des im Vorschubgencrator 58 angeordne

in ten Spindeldrchzühl-Arbeitsspeichers 80 gelangt an der Spindcldrehzahlgcncrator 70, der einen Digital-Ana logumsetzer darstellt und eine Spannung erzeugt, derer Amplitude proportional zum Signal für die Drehzahl ist das der Spindel über die Leitung 44 eingespeist wird um

·■'' /in Steuerung der Spindeidichzahl dient.

Nach der allgemeinen Beschreibung der Einrichtung und insbesondere der Funktionsweise des Signaländc rungskreises 54 wird ti;is Gesamtsystem nachstehen!

der Reihenfolge nach anhand seiner Teilbaugruppen im einzelnen erläutert.

Die Grenzwerte, die entweder durch von Hand einstellbare Schalter am Schaltbrett oder über das Band mit numerischer Steuerung der Anlage eingegeben werden können, bestehen aus den folgenden Werten:

1) höchstzulässiges Drehmoment (Γ-max),

2) höchstzulässige Schwingung (A-max),

3) höchstzulässige Zerspanungskraft ('/'-max),

4) höchstzulässige Spindeldrehzahl f V-max),

5) höchstzulässiger Vorschub fF-max),

6) Mir.dest-Zerspanungskraft (/"-min),

7) Mindest-Spindeldrehzahl f V-min),

8) Stoßzerspanungskraft ('/"-impact).

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden diese Werte in dekadischer Form von Eingangsschaltern aus in die Maschine eingegeben; der Grenzwertspeicher 50 setzt diese dekadischen Werte in herkömmlicher Weise in binäre Form zur Verwendung durch die Maschine um.

Fig.3 zeigt die logische Planungsschaltung 52, ihre Eingänge und die verschiedenen Arten bzw. Klassen ihrer Ausgänge. Außer den Eingängen für die acht Grenzwerte werden in der Planungsschaltung 52 noch die Rückmeldeeingänge und die drei Eingänge vom Vorschubgenerator 58, sowie ein Signal für das minimale Drehmoment (T-min) vorgegeben, wenn sie mit der Maschine 10 gekoppelt ist und normalerweise nicht verändert wird.

Werden keine Grenzwertüberschreitungen abgetastet, so gibt die logische Planungsschaltung 52 zwei Signale an den Signaländerungskreis 54 ab und befiehlt dieser, die Werte für die Zerspanungskraft und die Spindeldrehzahl zu erhöhen.

Wenn der Grenzwert für /"-max (höchst zulässige Zerspanungskraft) infolge eines den vorgegebenen Maximalwert übersteigenden Befehls für die Zerspanungskraft überschritten wird, und wenn dies die einzige Grenzwertüberschreitung ist, dann werden an den Signaländerungskreis 54 Signale abgegeben, die eine Erhöhung der Spindeldrehzahl, jedoch nicht der Zerspanungskraft befehlen. Wenn V-max (höchst zulässige Spindeldrehzahl) die einzige Grenzwertüberschreitung darstellt, dann wird die Spindeldrehzahl nicht, jedoch die Zerspanungskraft erhöht.

Liegt eine Überschreitung des Drehmoment-Grenzwertes und keine Überschreitung von F-min (Mindest-Zerspanungsknjft) vor, so gelangt ein Signal an den Signaländerungskreis 54, das die Zerspanungskraft herabsetzt. Sind die Grenzwerte für die Schwingung oder den Vorschub überschritten, nicht aber für die Mindestspindcldrehzahl, so erzeugt die Planungsschaltung 52 ein Signal, welches eine verringerte Spindeldrehzahl bewirkt.

Es ist zu beachten, daß aufgrund dieser Bedingungen /"-max bei weiteren Erhöhungen der Spindeldrehzahl erreicht werden kann, und umgekehrt, daß V-max bei weiteren Erhöhungen der Zerspanungskraft erreicht werden kann. Nur eine Überschreitung der Werte für das maximale Drehmoment, die maximale Schwingung oder den maximalen Vorschub verhindert eine Erhöhung sowohl der Spindeldrehzahl als. auch der Zerspanungskraft. Weiterhin ist zu beachten, daß eine Überschreitung des maximalen Drehmoments der einzige Zustand ist, bei welchem eine Herabsetzung der Zerspanungskraft erfolgt, während nur Überschreitungen des Vorschubs oder der Schwingung eine Herabsetzung der Spindcldrch/.ahl bewirken.

Eine dritte Klasse von Signalen wird von de Planungsschaltung erzeugt, wenn Γ-actual (lst-Drehmo ment) unter Γ-min abfällt und damit anzeigt, dal zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eil Luftspalt vorhanden ist. In diesem Falle wird de Zustand des Spankraft- und Spindeldrehzahlarbeitsspei chers sofort auf /"-impact und V-min umgestellt, womi ein Vorschubbefehl bei der höchsten Geschwindigkei gegeben ist, mit welcher das Werkstück im freien Raun an das Werkzeug herangefahren werden kann.

Die Korrekturen, welche die Steuerung bei Über schreitung der verschiedenen Grenzwerte auslöst unc die Auswirkung dieser Korrekturen auf die Funktior des Werkstücks sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Über	Korrektur	Ergebnis
schreitung
Γ-max	Verringert	Begrenzt Werkzeug
	Zerspanungs	auslenkung; verhindert
	kraft	weitgehend Werkzeug-
		bruch; erhöht Lebens
		dauer des Werkzeugs
/4-max	Ändert	Begrenzt Werkzeug
	Spindel-	rattern; steuert Ober
	drchzahl	flächenbehandlung;
		erhöht Werkzeug
		lebensdauer
/"-max	Verhindert	Begrenzt Vorschub
	weitere Erhö	zwecks geringem Dreh
	hung der	moment oder Endbear
	Zerspanungs	beitungen; steuert die
	krart	Oberflächenbearbeitung
/^:ni in	Verhindert	Einstellung für mini
	weitere Her	male Zerspangeschwin
	absetzung der	digkeit und Verhinde
	Zerspanungs-	rung von Unterlauf
	kraft
/•"-max	Herabsetzung	Begrenzt die Vorschübe
	des Vor	auf für die Schlittcn-
	schubs und	anlricbc höchst zuläs
	der Spindcl-	sigen Werte; verbessert
	drchzahl	Lebensdauer des Werk
		zeugs
I-min	Verhindert	Verhindert schlechte
	weitere Her	Oberflächenbehandlung
	absetzung eier	und schützt den Spin-
	Spindel-	delmotor
	(lrelvahl
I'-max	Verhindert	Verhindert übermäßige
	weitere Erhö	VerschlciUgcsch windig
	hung tier	keit des Werkzeugs und
	Spindel	Verhärtung des Werk
	drehzahl	stücks
/'-min	Stellt den	Scl/.t nicht program
	Vorschub aiii'	mierte Totzeiten im
	Sloß/erspa-	Ire ic η Raum heran
	nimgs kraft
	(/-impact) ein

Der Signiiliinderungskreis 54 isl schemalisch in den !·" i g. 4 und 5 dargestellt und besteht aus zwei Teilen: 54;) (Fig. 4) sorgt für die Steuerung der Spindcldrchzahl

und 546 (Fig.5) sorgt für die Steuerung der Zerspanungskraft. Beide Teile empfangen die Ausgangssignale der logischen Planungsschaltung 52 der F i g. 3 und werden von diesen Signalen gesteuert, um den Inhalt des Spindeldrehzahl- und des Zerspanungskraft-Arbeitsregisters zu ändern, die beide im Vorschubgenerator 58 angeordnet sind, jedoch aus Gründen der eindeutigen Beschreibung in den F i g. 4 und 5 als Teil des Signaländerungskreises gezeigt sind.

Der Signaländerungskreis 54a für die Spindeldrehzahl dient zur Erhöhung oder Verringerung des Inhalts des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80, wobei diese Änderung von Signalen der Planungsschaltung 52 gesteuert wird. Der Arbeitsspeicher 80 kann eine magnetostriktive Verzögerungsstrecke oder ein Flip-Flop-Schieberegister sein. Von den Signalen des Taktgebers 82 gesteuert, erfolgt die Änderung des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers in regelmäßigen Zeitintervallen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden diese, eine Abtastperiode kennzeichnenden Zeitgebersignale erzeugt, wenn eine vorhergehende Änderung vollendet ist, so daß die durch die Fühler gemessenen Werte die durch neue Vorschübe oder Spindeldrehzahlen bewirkten Istwerte sind, und die Spindel sich um mindestens eine Umdrehung weitergedreht hat. Die Forderung, daß sich die Spindel um eine volle Umdrehung weiterdreht, ist durch die Tatsache bedingt, daß das Werkzeug außer seinen beiden Spanwinkeln einen Schlag haben kann und nicht vollkommen gleichmäßig ist. Somit bedarf es mindestens einer Spindelumdrehung, um den Höchstwert des Drehmoments genau messen zu können. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dauert diese Abtastperiode ca. 100 Mikrosekunden.

Während einer jeden Abtastperiode wird der Inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80 um etwa 1,6% verändert. Der Speicher ist ein Binärregister mit einer Länge von zehn Bits. Er kann so jede Zahl bis 1023 aufnehmen. Der Vorgang der Änderung des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers erfordert zuerst die Eingabe des Inhalts des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80 in das Hilfsregister 84 für den Prozentsatz der Spindeldrehzahl, dessen Länge ebenfalls 10 Bits beträgt. Das Prozentsatz-Hilfsregister 84 ist eine Umlaufverzögerungsstrecke, welche ihren Inhalt über das Subtrahierwerk 86 und den Nullwertabtaster 88 ständig umlaufen läßt. Der Ausgang des Nullwertabtasters wird zum Prozentsatz-Hilfsregister 84 zurückgeführt. Um den inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers um 1,6% zu verändern, wird der Inhalt des Prozentsatz-Hilfsrcgisters 84, der zunächst gleich ist dem Inhalt des Spindcldrehzahl-Arbeitsspeichers 80, über das Subtrahierwerk 86 und den Nullwertabtaster 88 in Umlauf gesetzt; bei jedem Umlauf wird eine binäre Eins von der fünften Stufe des Registers subtrahiert. Dies ist gleich einer Subtraktion der Zahl 16 vom Inhalt des Registers. Wenn das Register anfänglich alle Einer enthalten hat, so würden 69 Subtraktionen erforderlich sein, um den Inhalt des Prozentsatz-Hilfsrcgistcrs auf Null zu bringen. Wenn der Inhalt kleiner ist, so sind weniger Umlaufsubtraktionen erforderlich. Der Zustand aller Nullen wird durch den Nullwertabtaslcr 88 abgetastet. Gleichzeitig mit jeder Subtraktion vom Prozentsatz-Hilfsregister 84 wird die Zahl I entweder zur letzten Stelle des Spindcldrchzahl-Arbcitsspcichcrs 80 addiert oder von ihr subtrahiert, je nachdem, ob die Spindcldrehzahl erhöht oder verringert werden soll. Dieser Vorgang wird von der Slcuerstufc 90 für eine stufenweise Veränderung der Spindeldrehzahl gesteuert, die einen einzigen Impuls an das logische Addier-/Subtrahierwerk 92 abgibt und gleichzeitig einen Subtraktionsimpuls an das Subtrahierwerk 86 überträgt. Gesteuert von Signalen der Planungsschaltung 52 für eine stufenweise Erhöhung oder Verminderung, addiert das Addier-/Subtrahierwerk 92 zum Spindeldrehzahl-Arbeitsspeicher 80 einen Impuls oder subtrahiert diesen von ihm. Dieses Änderungsverfahren

ίο wird unterbrochen, wenn der Nullwertabtaster 88 mitteilt, daß das Prozentsatz-Hilfsregister 84 vollkommen leer ist. Jetzt wurde der Inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers um 1,6% verändert.

Erhöhungen des Inhalts des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 werden von dem Signaländerungskreis 54b gesteuert und erfolgen in einer anderen und komplizierteren Weise als die Änderungen des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80. Da die Zerspanungskraft im allgemeinen linear auf das Drehmoment bezogen ist, werden sowohl das Drehmoment als auch die Zerspanungskraft linear interpoliert, um die für das höchst zulässige Drehmoment erforderliche Zerspanungskraft zu erreichen. Um jedoch plötzliche Änderungen der Zerspanungskraft zu vermeiden, ist die Änderung an ihren oberen Grenzwert durch eine Änderung von 3,2% des ursprünglichen Inhalts des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers begrenzt, wobei ein ähnliches Verfahren zur Steuerung des Prozentsatzes verwendet wird wie bei der Spindeldrehzahl. So wird in

jo einem normalen Arbeitsgang die Zerspanungskraft während einer jeden Abtastperiode um 3,2% erhöht, bis das maximale Drehmoment erreicht ist. Dieses Drehmoment wird normalerweise während einer Erhöhungsperiode erreicht, und die schrittweise Erhöhung wird an diesem Punkt beendet; der volle Schritt auf 3,2% wird nicht ausgeführt.

Wenn die Planungsschaltung 52 eine Verringerung der Zerspanungskraft verlangt, dann bleibt die Prozentsatz-Steuerung außer Betrieb, und eine proportionale

■ίο Verringerung der Zerspanungskraft erfolgt während der nächsten Abtastperiode.

Während der Erhöhung oder Verringerung des Inhalts des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 wird ein Drehmomentregister ebenso in linearer Weise

■45 verändert, um die Drehmomentänderungen intern festzustellen und ohne Abhängigkeit von dem etwas verzögerten Steuersignal für das Drehmoment.

Am Beginn der Abtastperiode wird der Inhalt des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 in das Hilfsregister 102 zur Steuerung des Zerspanungskraftprozentsatzes eingegeben, und die Zahl bzw. das Signal für das Ist-Drehmoment wird in das Eingangsregister 104 für das Drehmoment i eingegeben. Alle drei Einheiten bilden Umlaufschicberegister.

Der Inhalt des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 läuft regelmäßig durch das Addierwerk 106, ebenso wie der Inhalt des Umlaufregisters 110 für die Zerspanungskraft R. Der Inhalt des Registers 104 für das Drehmoment / läuft durch das Addierwerk 108

Wi zusammen mit dem Inhalt des /MJmlaufregisters 112 für das Drehmoment A. Durch das Addierwerk 106 wird der Inhalt des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 regelmäßig zum Register 110 für clic Zerspanungskraft A addiert. F.bcnso wird durch das Addierwerk 108 der

(V. Inhalt des /-Registers 104 für das Drehmoment A regelmäßig zum R-Register 112 für das Drehmoment X addiert.
Die Strecke, über welche das Ausgangssignal des

\ddierwerks 106 zum ß-Register 110 für die Zerspamngskraft X zurückgeführt A-ird läuft durch den Überlaufabtaster 114, der den Überlauf der höchsten Stelle des /^-Registers 110 abtastet. Wann immer ein Überlauf austritt, wird der Zerspanungskraft-Überlaufspeicher 100 um die Zählung 1 erhöht oder verringert. Dies wird durch die Steuerstufe 116 für die stufenweise Veränderung der Zerspanungskrafi besorgt, welche das Ausgangssignal des Überlaufabtasters 114 empfängt und einen Impuls an das Addier-Subtrahierwerk 118 abgibt. Dort liegen Eingangssignale von der Planungsschaltung 52 an, die anzeigen, ob der Zerspanungskraftarbeilsspeicher erhöht oder verringert werden soll und dementsprechend eine Eins zum Zerspanungskraft-Arbeitsspeicher addiert bzw. von ihm subtrahiert wird.

Ebenso durchläuft das Ausgangssignal des Addierwerks 108 den Überlaufabtaster 120, ehe es zum /^-Register 112 für das Drehmoment X zurückgeführt wird. Somit wird der Überlauf des Drehmoment-R-Registers abgetastet und zur Erhöhung oder Verringerung des /-Registers 104 für das Drehmoment X verwendet, wobei die Steuerung dieses Vorgangs durch das Addier-/Subtrahierwerk 122 durchgeführt wird, welche von der Planungsschaltung 52 die Signale zur Erhöhung oder Verringerung der Zerspanungskraft erhält. Wenn die Zerspanungskraft erhöht werden soll, so wird eine Eins zum /-Register 104 für das Drehmoment X jedesmal dann addiert, wenn ein Überlauf durch den Abtaster 120 erkannt wird; ebenso wird eine Eins vom /-Register 104 für das Drehmoment X beim Auftreten von Überlauf abgezogen, wenn das Zerspanungskraltregister verringert werden soll. Durch dieses Verfahren werden der Inhalt des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 und des /-Registers 104 für das Drehmoment X mit Geschwindigkeiten verändert, die ihrem Inhalt proportional sind. Mit dieser Linearinterpolation wird ein Drehmomentwert abgeleitet, der auf der geraden Drehmoment-/Zerspanungskraftkurve liegt.

Wenn, wie oben festgestellt, die Zerspanungskraft schrittweise erhöht wird, dann ist die Änderung, die in jeder Abtastperiode auftritt, auf 3,2% des vorhergehenden Wertes des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers beschränkt. Dieser Vorgang wird vom Hilfsregister 102 für die Steuerung des Zerspanungskraftprozentsatzes gesteuert, wobei der Inhalt des Registers über das Subtrahierwerk 124 und den Nullwertabtaster 126 dauernd in Umlauf gesetzt wird. Wenn die Steuerstufe 116 für die Zerspanungskraft eine Änderung des Zerspanungskraft-Ärbeitsspeichers 100 bewirkt, so wird ein Impuls an das Subtrahierwerk 124 abgegeben, welches einen Impuls von der sechsthöchsten Stelle des 10 Bit umfassenden HiKsregisters 102 für den Zerspanungskraft-Prozentsatz subtrahiert. Somit fällt nach 32 Subtraktionsvorgängen der Inhalt des Hilfsregisters 102 für den Zerspanungskraftprozentsatz auf Null ab; dieser Zustand wird durch den Nullwertabtaster 126 abgegriffen, der seinerseits ein Signal an die Start-Stop-Steuerung 128 abgibt, wodurch eine weitere Änderung des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 während dieser Abtastperiode unterbunden wird. Zum Beginn der nächsten Abtastperiode gelangt ein Impuls vom Taktgeber 82 an die Start-Stop-Steuerung 128 und löst einen weiteren Arbeitszyklus für die stufenweise Erhöhung oder Verringerung aus.

Der Wert des /-Registers 104 für das Drehmoment X wird dauernd mit dem Wert von 7-max (höchst zulässiges Drehmoment) durch die Vergleichsschaltung 130 verglichen. Wenn der Inhalt des /-Registers 104 für das Drehmoment A' Γ-max. während eines Erhöhungszyklus erreicht wird, so wird von der Vergleichsschaltung 130 ein Signal an die Start-Stop-Steuerung 128 abgegeben und unterbindet eine weitere Erhöhung während dieses Zyklus. Ebenso, wenn der Zerspanungs-Arbeitsspeicher 100 während einer Abtastperiode verringert wird und Γ-max. erreicht ist, wird eine weitere Verringerung fortgesetzt.

Bisher beschränkte sich die Beschreibung auf den Teil der Anlage, der den Inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80 und des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers 100 verändert, um die an die numerische Steuerung und die Maschine abgegebenen Signale für die Spindeldrehzahl und den Vorschub im Sinne der adaptiven Steuerung zu verändern.

Die Hauptaufgabe des in F i g. 6 als Blockschaltbild dargestellten Vorschubgenerators 58 besteht in der Erzeugung von Signalen für den wirklichen Vorschub und die wirkliche Spinaeidrehzahl. Da die Zerspanungskraft als Vorschub pro Umdrehung definiert wird, ist der Vorschub das Prciukt aus Zerspanungskraft und Spindeldrehzahl. Somit multipliziert der Vorschubgenerator 58 die Zerspanungskraft mit der Spindeldrehzahl zur Ableitung eines Vorschubsignals. Dies wird durch Interpolation des Inhalts des Zerspanungskraftregisters nach Art eines Differentialanalysators erreicht, so daß eine Impulsfolge gewonnen wird, deren Frequenz proportional zum Inhalt des Registers ist. Die Impulse dieser Folge dienen als Additionsbefehle für die Interpolation des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers, so daß der Überlauf vom Differentialanalysatorverfahren für die Spindeldrehzahl mit einer Geschwindigkeit auftritt, die proportional ist dem Produkt des Inhalts des Zerspanungskraft- und des Spindeldrehzahl-Arbeitsregisters.

Das Zerspanungskraft-Arbeitsregister 100 und der Überlaufabtaster 114, die in Fig. 5 als Teil der Proportionalregelung der Zerspanungskraft dargestellt wurden, sind auch in F i g. 6 gezeigt. Der Hilfs-Oszillator 140 für den Additionsbefehl der Zerspanungskraft gibt Impulse an das Addierwerk 106 ab, welche bewirken, daß der Inhalt des Arbeitsspeichers 100 für die Zerspanungskraft zum /?-Register 110 für die Zerspanungskraft X hinzu addiert wird. Diese Additionsbefehle dienen auch zur Proportionalregelung der Zerspanungskraft des Signaländerungskreises 54. Der Überlauf aus diesen Additionen wird vom Überlauf-Abtaster 114 abgegriffen, wobei dieser einen Ausgangsimpuh; immer dann abgibt, wenn ein Überlauf auftritt. Somit e:rfolgen diese Überläufe mit einer Geschwindigkeit, die proportional ist dem Produkt aus dem Inhalt des Zerspanungskraft-Arbeitsspeichers und dem durch die Ausgangsgeschwindigkeit des Oszillators 140 für den Additionsbefehl der Zerspanungskraft dargestellten konstanten Wert.

Diese Impulsfolge gelangt vom Überlaufabtaster 114 an das zweite Addierwerk 142, welches dauernd die Umlaufdaten, d.h. den Inhalt des Spindeldrehzahl-Aibeitsspeichers 80 empfängt. Bei Empfang eines jeden Impulses vom Überlaufabtaster 114 addiert das Addierwerk 142 den Inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80 zum R-Register 144 für die Spindeldrehbar!! X, das sich ebenfalls über das Addierwerk 142 in ständigem Umlauf befindet. Der Überlauf des R-Registers 144/? wird durch den Abtaster 146 abgegriffen, der jedesmal dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn ein Überlauf auftritt. Somit ist das Ausgangssignal des Überlaufabtasters 146 eine Impuls-

folge, die sowohl dem Inhalt des Zerspanungskralt-Arseitsspeichers 100 als auch des Spindeldrehzahl-Araeitsspeichers 80 pn.pc. lional ist und damit auch proportional dem Produkt der beiden. Dieses auf der Leitung 60 erscheinende Ausgangssignal gelangt auch an den Impuis-Digital-Umsctzer 148, dessen Ausgangssignal an die logische Planungsschaltung 52 übertragen wird. Dieses Eingangssignal der Planungsschaltung 52 stellt das wirkliche Vorschubsignal dar.

F.benso gelangt der Inhalt des Zerspanungskraft-Ar- ■<> beitsspeichers 100 und des Spindeldreh/ahl-Arbeiisspeichers 80 an die Planungsschahung. Der Inhalt des Spindeldrehzahl-Arbeitsspeichers 80 wird auch an den Spindeldrehzahlgenerator 70 übertragen, der ein Digital-Analog-Umsetzer ist und die entsprechende Regel- ■■; spannung über die Leitung 44 an die Spindel übertragt.

Die resultierende Momentangeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück ist gleich der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der drei Teügeschwindigkeiten längs der drei aufeinander Ju senkrecht stehenden Koordinaten- oder Steuerachsen der Maschine. Da die Frequenz des über die Leitung 60 laufenden Vorschubimpulszuges proportional ist der resultierenden Sollgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück, und da die lstgesehwindig- j~> keiten der drei gesteuerten Achsen proportional sind den Frequenzen der durch das Leitwerk 24 an die Servos 26, 28 und 30 für die A-. Y- und Z-Aehse abgegebenen Impulsfolgen, erfolgt die resultierende Bewegung des Werkzeugs mit der befohlenen Ge- w schwindigkeit, wenn die Frequenz des auf der Leitung 60 erscheinenden Impulszuges gleich ist der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Frequenzen der auf den Leitungen 64,66 und 68 laufenden Impulsfolgen. Mit anderen Worten kann diese Gleichheit wie folgt Γι ausgedrückt werden: Das Quadrat der Frequenz der auf der Leitung 60 liegenden Impulsfolge muß gleich sein der Summe der Quadrate der Frequenzen der auf den Leitungen 64, 66 und 68 erscheinenden Impulsfolgen, damit die Ist-Bewegung mit der Soll-Geschwindigkeit -■ verläuft. Die IPM-ZLEPM-Schaltung empfängt die Impulsfolgen aus den Leitungen 60, 64, 66 und 68 und gibt über die Leitung 46 ein Ausgangssignal an das Leitwerk 24 ab, welches die Erzeugungsgeschwindigkeit der Befehlsimpulsfolgen für die X-. Y- und Z-Achse -■ ändert, um so den Gleichheitszusland aufrechtzuerhalten.

Ein Blockschaltbild der logischen IPM-/LEPM-Schaltung 62 ist in F i g. 7 dargestellt. Die Impulsfolge auf der Leitung 60 gelangt an das Quadrierregister 200. welches '■ eine Reihe von Binärzahlen erzeugt, deren Summe gleich ist dem Quadrat der empfangenen Impulszahl. Die Funktion dieser Einrichtung wird nachstehend an Hand der F i g. 8 beschrieben. Die drei Befehlsimpulsfolgen für die A'-. Y- und Z-Achse gelangen über die <·. Leitungen 64, 66 und 68 an die drei weiteren Quadrierregister 202, 204 und 206. Die durch die Register 202, 204 und 206 erzeugten Zahlen werden gleichzeitig dem Addierwerk 208 eingespeist, dessen Ausgangssignal an die Vergleichsschaltung 212 übertra- -<· gen wird, in welcher sie von den durch das Quadrierregister 200 gelieferten Zahlen abgezogen wird. Solange die A.usgangssignale des Registers 200 größer sind als die Ausgangssignale des Addierwerks 208, gelangen Ansteuerungssignale an den Additionsbe- f"< fehlsgenerator 214. der Impulse an das Leitwerk 24 abgibt und damit die Erzeugung von Befehlsimpulsen für die .V-. V- und Z-Achse bewirkt.

Wie bereits vorstehend bemerkt, wird beim besor-.'.ugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem Prinzip des Differentialanalysators gearbeitet: die Ausgangssignale des Generators 214 'teilen Additionsbefehle dar, welche den Regler den Inhalt det drei /Register zum Inhalt ihrer entsprechenden R- Register hinzuaddieren lassen. Wenn nun das Integral der Ausgänge des Addierwerks 208 gleich ist dem Integral der Ausgänge des Quadrierregisters 200, dann überträgt die Vergleichsschaltung 212 ein Signal an den Additionsbefehlsgenerator 214, wodurch die Erzeugung aller Additionsbefehle beendet wird. In dieser Weise gibt der Additionsbefehlsgenerator so lange Ausgangsimpulse ab, bis das Quadrierregister 200 über die Leitung 60 genügend weitere Impulse empfangen hat, so daß seine Ausgangssignale größer sind als die des Addierwerks 208. In der Art eines Regelkreises wird die Gleichheit zwischen dem Inhalt der beiden Register beibehalten und somit sichergestellt, daß die resultierende Istbewegung mit der durch die adaptive Steuerung vorgegebenen Sollgeschwindigkeit verläuft.

Zu einem gewissen Zeitpunkt sind die Quadrierregister 200, 202, 204 und 206 voll aufgefüllt. Wenn dieser Zustand abgetastet wird, werden aile diese Register gleichzeitig gelöscht, und das Verfahren beginnt von neuem. Dieser Löschvorgang kann einen kleinen Fehler in die Additionsbefehle einführen, jedoch läßt sich dieser Fehler klein halten, indem die Register vergrößert werden.

Der innere Aufbau des Quadrierregisters 200, der mit dem der Quadrierregister 202, 204 und 206 identisch ist. ist in F i 3. 8 gezeigt. Die auf der Leitung 60 laufenden Impulse werden dem Impulszähler 220 eingespeist. Nach der Addition eines jeden Impulses wird gleichzeitig der Inhalt dieses Zählers durch das Schieberegister 222 um eine Bitstelle nach links verschoben (im Ergebnis wird die im Impulszähler 220 enthaltene Größe um den Faktor 2 multipliziert, und eine Eins wird dann durch das Subtrahierwerk 224 von der verschobenen Größe abgezogen). Die Eins ist der gleiche Impuls, der von der Leitung 60 in den Zähler eingespeist wurde. Der Ausgang des Subtrahierwerks stellt eine Reihe von Zahlen dar, die an die Vergleichsschaltung 212 gelangen. Das Integral der der Vergleichsschaltung 212 eingespeisten Zchlen ist gleich n². nachdem η Impulse auf der Leitung 60 erscheinen, im Endergebnis addiert diese Einrichtung die Größe (2n-l) zum Inhalt der Vergleichsschaltung 212 für jeden empfangenen Impuls, wobei π die Zählung dieses Impulses darstellt. Wie nachstehend gezeigt, hat der Inhalt des Registers 212 den Wert von n².

η (/ahler 22Ol

(2 κ 1)

0 0

1 1 0 * 1 1

: 3 1 - 3 4

5 4 + 5 ■■ 9

4 " 9-716

5 9 16 - 9 -■■ 25

Der mathematische Ausdruck für den vorstehenc durchgeführten Vorgang ist

A = Y Cn- II.

Dies ist eine arithmetische Reihe. Wenuet man die Formel für die.Summe dieser Reihe an, so erhall man

Anzahl der Glieder
Summe = _Ί

(erstes Glied I letztes Ci

Hier ist das erste Glied = I und das letzte Glied = 2n— 1 wobei substituiert wird:

A = " (I f 2/1- 1) = ir.

F ig. 9 zeigt eine charakteristische Arbeitsweise der adaptiven Steuerung bei der Optimierung der Werkzeugmaschinenfunktion. Die Spindeldrehzahl ist als Abszisse aufgetragen und die Zerspanungskraft als Ordinate, wobei die Minimal- und Maximalwerte der Spindeldrehzahl und der Zerspanungskraft eine Fläche umschreiben, innerhalb welcher die Maschine arbeitet. Die Kurve für das Maximaldrehmomen, erstreckt sich in gewissem Sinne parallel zur maximalen Zerspanungskraft. !n Abhängigkeit von verschiedenen anderen Faktoren kann sie entweder über oder unter diesel verlaufen. In F i g. 9 ist sie als gestrichelte Liniv unterhalb von /'-max dargestellt, wodurch der Arbeitsbereich der Anlage weiter eingeschränkt wird. Ebensc kann auch /'-max, welcher sich als Funktion von sowoh der Zerspanungskraft als auch der Spindeldreh2ah ändert, den Bereich der Maschinenfunktion einengen.

Wie durch die ausgezogene Linie in F i g. 9 gezeigt erhöhen sich anfänglich unter der Prozentsatzsteuerung sowohl die Zerspanungskraft als auch die Spindeldrehzahl während einer jeden Abtastperiode, wenn man be den Minimalwerten für die Spindeldrehzahl und die Zerspanungskraft beginnt, die auftreten, sobald das Werkzeug das Werkstück berührt. Wenn die Kurve V-max geschnitten wird, dann wird die Spindeldrehzahl nicht weiter erhöht, jedoch die Zerspanungskraft wird weiterhin während einer jeden Abtastperiode erhöht Wenn die Kurve F-max geschnitten wird, so werden sowohl die Spindeldrehzahl als auch der Vorschub herabgesetzt, bis die Überschreitung korrigiert ist. Beide Werte werden dann in Prozentsätzen wieder erhöht. Dies gibt eine Zick-Zack-Bewegung längs der Kurve F-max, bis 7"-max erreicht ist. wobei dann an diesem Punkt die Steuerung um diesen Punkt herumschwingi.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Numerische Werkzeugmaschinensten ¹I/ mit einer Normaleingabeeinheit für Progra Jäten, ·-, einem Leitwerk zur Steuerung der Koordiüutenservoantriebe und des Spindelantriebs der Werkzeugmaschine und mit einer adaptiven Regelung die mit auf der Werkzeugmaschine angeordneten Fühlern zusammenarbeitet und mit einer Hilfseingabeeinheit m zur Eingabe von Grenzwerten für Bearbeitungsgrößen verbunden ist und die ein im Hinblick auf optimales Arbeiten der Werkzeugmaschine korrigiertes Vorschubgeschwindigkeitssignal und Spindeldrehzahlsignal an das Leitwerk abgibt, wobei die \-, adaptive Regelung intern das Spindeldrehzahlsignal und ein Zerspanungskraftsignal als unabhängige Parameter verwendet und eine MuJtipükatorscha!- tung aufweist, die aus dem Spindeldrehzahlsignal und dem Zerspanungskraftsignal das Vorschubgeschwindigkeitssignal berechnet, und wobei die adaptive Regelung eine Planungsschaltung aufweist, die bei Überschreiten zugeordneter Grenzwerte für das Zerspanungskraftsignal und das Spindeldrehzahlsigna! Steuersignale zur Änderung derselben im entgegengesetzten Sinne bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Regelung einen Zerspanungskraftsignaländerungskreis (54ßj und einen hiervon unabhängigen Spindeldrehzahlsignaländerungskreis (54Λ^ aufweist, die innerhalb jo der Periode eines ihnen zugeordneten Taktgebers (82) das vorliegende Zerspanungskraftsignal und Spindeldrehzahlsignal um einen vorgegebenen Prozentsatz gemäß der ihnen von der Planungsschaltung (52) übermittelten Steuersignale erhöhen oder r, erniedrigen; und daß die zugleich mit dem von der Multiplikatorschaltung (80, 142—146) berechneten Vorschubgeschwindigkeitssignal beaufschlagte Planungsschaltung zusätzlich auch dann eine Änderung des Spindeldrehzahlsignales und des Zerspanungskraftsignals bewirkende Steuersignale bereitstellt, wenn das berechnete Vorschubgeschwindigkeitssignal größer als ein vorgegebener Maximalwert ist.

2. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die -r> Änderungskreise (54/4, 54B) jeweils einen Arbeitsspeicher (80, 100) und eine Schaltung (94-92; 102, 116, 124, 126) zur schrittweisen Änderung des Inhaltes des Arbeitsspeichers (80; 100) um einen vorgegebenen Prozentsatz aufweisen. ■>(>

3. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur schrittweisen Änderung des Inhaltes des Arbeitsspeichers (80; 100) einen Prozentgenerator (84-88; 102, 124, 126), ein steuerbares Addier-Subtrahierwerk (92; 118) um eine Steuerstufe (90; 116) für das letztere aufweist, wobei das Addier-Subtrahierwerk (92; 118) bei Erhalt eines von der Steuerstufe (90,116) erzeugten Impulses die niedrigste Stelle des Arbeitsspeichers (80; 100) en jeweils um Eins erhöht oder erniedrigt, je nachdem ob ihm von der Planungsschaltung (52) ein die Zunahme oder ein die Abnahme des Sollwertsignales bewirkendes Steuersignal zugeführt wird, und wobei der Prozentgenerator ebenfalls die von der b^r> Steuerstufe bereitgestellten Impulse erhält und nach Erhalt einer dem ursprünglichen Inhalt des Arbeitssignalspeichers proportionalen Anzahl von Impulsen an die Steuerstufe (90; 116) ein Sperrsigrial abgibt, so daß hier keine Impulse mehr an das Addier-Subtrahierwerk (92; 118) weitergibt.

4. Numerische WerkzeugmaschinenstRuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentgenerator aufweist: Ein Hilfsregister (84; 102), das zu Beginn jeder Periode der adaptiven Regelung gemäß dem Inhalt des Arbeitsspeichers (80; 100) gesetzt wird; ein Subtrahierwerk (86; 124), das die von der Steuerstufe (90, 116) auf den Prozentgenerator gegebenen Impulse erhält und hierbei jedesmal vom Inhalt des Hilfsregisters (84; 102) die Zahl 2" abzieht; und einen Nullwertabtaster (88; 126), der das Sperrsignal erzeugt, wenn der Inhalt des Kilfsregisters auf Null kommt, so daß 2~" ■ 100 der Prozentsatz ist, um den der Inhalt des Arbeitsspeichers während einer Periode der adaptiven Regelung geändert wird.

5. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode des Taktgebers (82) größer ist als die Zeit für einen Umlauf der Spindel.

6. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerspanungskraftsignaländerungskreis {54B) zur Erzeugung von internen Impulsen für die Steuerstufe (16) weiter aufweist: Ein zweites Addierwerk (106), ein Umlaufregister (110) und einen Überlaufabtaster (114), wobei das Addierwerk (106) gemäß der Periode eines Hilfsoszillators (140) den Inhalt des Arbeitsspeichers (100) zum Inhalt des Umlaufregisters (110) hinzuzählt, wobei der Überlaufabtaster (114) bei Überlauf des Umlaufregisters (110) ein Überlaufsignal an die Steuerstufe (116) abgibt, und wobei die Steuerstufe (116) jeweils bei Erhalt eines solchen Überlaufsignales das Addier-Subtrahierwerk (118) aktiviert, um den Inhalt des Arbeitsspeichers (100) um Eins zu erhöhen oder zu erniedrigen, so daß die Geschwindigkeit der Änderung des Inhaltes des Arbeitssignalspeichers proportional zu dessen Inhalt ist; und daß die Überlaufsignale zugleich auf den Prozentgenerator (102, 124, 126) gegeben werden, so daß die gesamte Änderung des Inhaltes des Arbeitsspeichers, welche durch die internen Impulse herbeigeführt wird, höchstens gleich dem vom Prozentgenerator vorgegebenen Prozentsatz ist, wobei das vom Prozentgenerator (102,104, 126) auf die Steuerstufe (116) gegebene Sperrsignal die Weitergabe von Überlaufimpulsen durch die letztere unterbindet.

7. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Muliiplikationsschaltung und die Schaltung zur Erzeugung der internen Impulse für die Steuerstufe ein gemeinsamer Binärzahl-Frequenzwandler (106, 110,114) vorgesehen ist.

8. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerspanungskraftsignaländerungskreis weiter einen Drehmomentüberwachungskreis (104,108, 112, 120, 122, 130) und eine der Steuerstufe (116) vorgeordnete Start-Slopsteuerung (128) aufweist, wobei der Drehmomentüberwachungskreis ein dem Zerspanungskraftsignal proportionales Solldrehmomentsignal erzeugt und ein Sperrsignal bereitstellt, wenn das Solldrehrromentsigna! über einem vorgegebenen Grenzwert liegt; daß das Sperrsignal des Prozentgenerators (102, 124, 126) ebenfalls auf die

Start-Stopsteuerung (128) gegeben wird; und daß die Start-Stopsteuerung (128) bei Anliegen eines Sperrsignals vom Prozentgenerator her oder vom Drehmomentüberwachungskreis he/ auf die Steuerstufe (116) ein Sperrsignal abgibi.

9. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentüberwachungskreis aufweist: Ein Eingangsregister (104), ein Umlaufregister (112), ein Addierwerk (108) zur periodischen Addition des Inhaltes des Eingangsregisters zum Inhalt des Umlaufregisters einen Überlaufabtaster (120), der bei jedem Überlauf des Umlaufregisters (112) ein Betätigungssignal erzeugt, ein Addier-Subtrahierwerk (122), das gemäß dem von der Planungsschaltung (52) bereitgestellten Steuersignal bei Erhalt jedes Betätigungssignals den Inhalt des Eingangsregisters (104) um Eins erhöht oder erniedrigt, und eine Vergleichsschaltung (130), die den Inhalt des Eingangsregisters mit dem zugehörigen Grenzwert vergleicht und bei Überschreiten des letzteren das zweite Sperrsignal bereitstellt.

10. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (62) zur Umrechnung des Vorschubgeschwindigkeitssignals im Hinblick auf die den Koordinatenservoantrieb (16) zu übermittelnden Fahrbefehle folgende Einheiten aufweist; erstes, mit dem Ausgang des Vorschubgeschwindigkeitsänderungskreises [54B) verbundenes Quadrierregister (200), jeweils einer Koordinatenachse zugeordnete zweite Quadrierregister (200, 204, 206), welche die Fahrbefehle für die einzelnen Koordinatenservoantriebe (26, 28, 30) quadrieren, ein Addierwerk (208), welches die Ausgangssignale der zweiten Quadrierregister (202—206) addiert, eine Vergleichsschaltung (212), welche das vom Addierer (208) bereitgestellte Signal mit dem vom Vorschubgeschwindigkeitsänderungskreis (54B) bereitgestellten Signal vergleicht und einen nachgeschalteten Additionsbefehlsgenerator (214) steuert, der das dem Leitwerk (24) übermittelte Steuersignal für die Vorschubgeschwindigkeit bereitstellt.

11. Numerische Werkzeugmaschinensteuerung nach Anspruch i0, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Quadrierregister (200 — 206) aufweist: einen mit einem Schieberegister (222) in Reihe geschalteten Impulszähler (220) und ein das auf den Impulszähler (220) gegebene Signal und das am Ausgang des Schieberegisters (222) bereitgestellte Signal erhaltendes Subtrahierwerk (224), an dessen Ausgang das Ausgangssignal des Quadrierregisters (200—206) bereitgestellt wird.