DE1255775B

DE1255775B - Digitale Lageregelung, insbesondere bei numerisch gesteuerten Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE1255775B
Application number: DE1964L0049614
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Guenter Lott
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-12-28
Filing date: 1964-12-28
Publication date: 1967-12-07

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

G05f

Deutsche KL: 21c-46/54

Nummer: 1 255 775

Aktenzeichen: L 49614 VIII b/21 c

Anmeldetag: 28. Dezember 1964

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Soll eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine während der Bearbeitung in mindestens zwei Koordinaten verfahren werden, so ist im allgemeinen eine Bahnsteuerung mit Interpolator zur Bildung von zwischen zwei programmierten Lagesollwerten liegenden Zwischenwerten erforderlich. Eine reine Drehzahlregelung der Antriebe, d. h. Geschwindigkeitsregelung ' des bewegten Maschinenteils in den einzelnen Koordinatenrichtungen, arbeitet bei den wechselnden technologischen Bedingungen zu ungenau, um damit einen Lagesollwert exakt ansteuern zu können. Steuerungen der genannten Art, bei denen neben der Lageregelung, die im wesentlichen die Abschaltung der Antriebe zu übernehmen hat, eine gleichzeitig arbeitende Geschwindigkeitsregelung erforderlich ist, sind trotz erheblichen Aufwandes ungenau, weil der Lagefehler das Zeitintegral des Geschwindigkeitsfehlers ist μηα sehr groß werden kann, wenn nur die Integrationszeit hinreichend groß ist.

Die Erfindung betrifft eine digitale Lageregelung, insbesondere für numerisch gesteuerte Arbeitsmaschinen, ζ. B. Werkzeugmaschinen, bei der die Geschwindigkeiten, mit denen der in mindestens zwei Koordinatenrichtungen gleichzeitig bewegte Maschinenteil in seine Sollage gebracht wird, in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten ebenfalls geregelt werden. Es ist die Aufgabe gestellt, sicherzustellen, daß, auch ohne Bildung von Zwischenwerten durch einen Interpolator, der Lagesollwert mit genügender Genauigkeit angefahren wird.

Gemäß der Erfindung erreicht man dies dadurch, daß vor Erreichen eines bestimmten Bereiches um den Lagesollwert allein die Geschwindigkeitsregelkreise, danach die Lageregelkreise wirksam sind.

Die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise werden im allgemeinen für jede Koordinate auf dem Programmträger, z. B. einem Lochstreifen, gespeichert. Eine einfache Überwachung des Bereiches, in dem die Umschaltung der Regelkreise erfolgt, ist nach einer besonderen Ausbildungsform der Erfindung dann möglich, wenn der Umschaltbereich eine Rechteckoder Quadratfläche bildet, in deren Mittelpunkt der anzufahrende Lagesollwert liegt.

Nach erfolgter Umschaltung auf die Lageregelkreise können die dann an sich nicht mehr nötigen Geschwindigkeitsregelkreise den Lageregelkreisen in an sich bekannter Weise unterlagert werden, d. h., die Lageregelabweichungen bilden die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise. Dies hat zur Folge, daß die Geschwindigkeit beim Einfahren in den Lagesollwert exakt der Lageregelabweichung angepaßt werden kann Digitale Lageregelung, insbesondere bei
numerisch gesteuerten Arbeitsmaschinen

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Heinz Günter Lott, Neu-Isenburg

und die Geschwindigkeit beeinflussende Störgrößen ebenfalls ausgeregelt werden.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in einer Annäherung an die Güte einer echten Bahnsteuerung mit linearer Interpolation, ohne daß ein Interpolator erforderlich ist.

Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Geschwindigkeits-Weg-Diagramm,

F i g. 2 schematisch den erfindungsgemäßen Regelkreis,

F i g. 3 eine grafische Darstellung des Fehlers bei Abweichungen von der Sollbahn.

In F i g. 1 soll ein nicht dargestelltes Werkzeug während der Bearbeitung von Punkt P₁ mit den Koordinaten X₁^₁ entlang der Geraden G₁ zu Punkt P₂ mit den Koordinaten x_zy₂ verfahren werden. Von dem Programmträger sind außer den Koordinaten des neuen Lagesollwertes auch Geschwindigkeitssollwerte v*2> vy₂ vorgegeben. Da die richtigen Geschwindigkeitssollwerte bei hohen Genauigkeitsanforderungen nicht exakt vorgebbar sind und auch die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung begrenzt ist, wird der resultierende Vektor v_r im allgemeinen nicht mit dem gewünschten Vektor v_t zusammenfallen, sondern etwas von ihm abweichen, so daß der Lagesollwert P₂ nicht erreicht würde. Daher findet, sobald die Quadratfläche B₂ an der Stelle P₂' berührt wird, eine Umschaltung auf die Lageregelkreise statt, die das Werkzeug exakt auf den Punkt P₂ führen. Ist dieser erreicht,

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so werden die neuen Lage- und Geschwindigkeitssollwerte X₃, y₃ bzw, VX₃, vy₃ vorgegeben; das Werkzeug wird wieder allein von den Geschwindigkeitsregelkreisen gesteuert, bis es den PunktP₃' des Bereiches B_ä erreicht, wonach es von den Lageregelkreisen in den Sollwert P₃ eingefahren wird.

Selbstverständlich ist dieses Verfahren nicht auf eine Bewegung in zwei Koordinaten beschränkt. Die Geschwindigkeitsregelkreise können nach Umschaltung auf die Lageregelkreise diesen unterlagert werden, so daß die Einfahrgeschwindigkeit in den Sollwert jeweils in ein exaktes Verhältnis zu der Lageregelabweichung gebracht werden kann.

In F i g. 2 ist die Regelanordnung schematisch dargestellt. Von dem Leser LS werden die auf dem nicht dargestellten digitalen Programmträger, z. B. einem Lochstreifen L, aufgebrachten Lage- und Geschwindigkeitsinformationen abgelesen und in die entsprechenden, den einzelnen Koordinatenrichtungen zugeordneten Zwischenspeicher ZLx, ZLy bzw. ZVx, ZVy eingespeichert. Außerdem wird ein Wert in den Speicher ÜB gebracht, der den Abmessungen des Umschaltbereiches entspricht. An der Werkzeugmaschine W sind in an sich bekannter Weise geeignete digitale Meßwertgeber für die Lageistwerte MLx, MLy sowie die Geschwindigkeitswerte MVx, MVy angebracht. Die Antriebe für die einzelnen Richtungen sind mit Ax und Ay bezeichnet.

Zu Beginn eines Bearbeitungssatzes werden die Antriebe der Maschine W zunächst von den Geschwindigkeitsregelkreisen gesteuert. Die Geschwindigkeitsregelabweichungen für die einzelnen Koordinatenrichtungen werden in den Subtraktionsgliedern VVx, VVy nach Betrag und Vorzeichen ermittelt und steuern über Regelverstärker Vx und Vy die Antriebe Ax und Ay.

Die Lageregelabweichungen werden für die einzelnen Koordinateneinrichtungen in den Subtraktionsgliedern VLx, VLy gleichzeitig ermittelt und beaufschlagen die Recheneinrichtung R, die die Abweichungen in χ und y bildet. Bei Gleichzeit dieses Wertes mit dem in ÜB gespeicherten Wert, d. h. bei Erreichen des Umschaltbereiches um den Lagesollwert, erhält die Umschalteinrichtung S einen Befehl, so daß die Lageregelabweichungen die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise bilden. Die Antriebe werden nunmehr in Abhängigkeit von den Lageregelkreisen über die nunmehr unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreise gesteuert, bis der Sollwert erreicht ist. Nach Übernahme der neuen Sollwerte von dem Lochstreifen schaltet S wieder um, da der Ausgangswert von R wieder von dem in ÜB gespeicherten Wert verschieden ist.

In F i g. 3 ist dargestellt, wie sich ein Verfahren der Maschine auf dem Weg P₁, P₂, P₃ auf den Konturfehler / auswirkt. Grundsätzlich gilt für

/:/= Ra (1 — cos<p),

wenn Ra der Radius des Bearbeitungswerkzeuges darstellt.

Ferner gilt angenähert

As_.
2 Ra

daraus folgt

Ra(I^¹

As*

Der Fehler kann also für kleine Winkel φ näherungsweise angegeben werden zu

As*
* ~ ZRa'

Bei einer Schrittweite von s — 1 mm und einem Fräserradius von 12,5 mm wird der Fehler / z. B. 1/100 mm, d. h., die erfindungsgemäße Steuerung ao arbeitet sehr genau.

Claims

Patentansprüche:

1. Digitale Lageregelung, insbesondere bei numerisch gesteuerten Arbeitsmaschinen, bei der die Geschwindigkeiten, mit denen der in mindestens zwei Koordinatenrichtungen gleichzeitig bewegte Maschinenteil in seine Sollage gebracht wird, in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten ebenfalls geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erreichen eines bestimmten Bereiches um den Lagesollwert allein die Geschwindigkeitsregelkreise, danach die Lageregelkreise wirksam sind.

2. Digitale Lageregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise auf einem Programmträger gespeichert sind.

3. Digitale Lageregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich um den Lagesollwert, bei dessen Erreichung die Umschaltung von den Geschwindigkeitsregelkreisen auf die Lageregelkreise erfolgt, durch Gerade, vorzugsweise Parallele zu den Koordinatenrichtungen, begrenzt wird.

4. Digitale Lageregelung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Umschaltbereiches die Lageregelabweichungen die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise bilden.

5. Digitale Lageregelung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Wirksamwerden der Lageregelkreise bei Unterschreitung bestimmter Lageregelabweichungen eine Umschaltung auf eine herabgesetzte Geschwindigkeit erfolgt'

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 079 170, 1 037 367, 007;

österreichische Patentschrift Nr. 230 479;
Zeitschrift »Bulletin SEV«, 1956, S. 85.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen