DE2128288A1 - Automatische Werkzeugmaschine mit Steuersystem - Google Patents

Description

Patentanwalt

KqfI A. Brose

..-'■' Dipt-Ing.

D*ffi323 München - Pullach
Wfeiierär.2,T.Mnn.793Q57a,79317i2

vln/iO Müncben-Pullach, ?. Juni 1971

1120 P

CINOIHITATI MIMOEOlT IJKJ-, 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio, 45 209, USA I

Automatische Werkzeugmaschine mit Steuersystem

Die Erfindung betrifft eine automatische Werkzeugmaschine mit einem Steuersystem zum Aufzeichnen eines KodeIls und zum Erzeugen eines kodierten Abbiides in einem Speichermadiuia, welches die Geometrie des Modells definiert und u® weiter das kodierte Abbild in dem Mediiapi fctf dekodieren und. dabei Steuersignale zum Errege® einer ?i@lzahl von Servomecbanifi-f men. zu erzeugen, um ein Werkzeug* welches dar WerkzöugaiuSQbiine zugeordnet ist, relativ m ©inem Werkstück ssu bewegen, so daS dadurch das Werkstück eine fera erhält_t iie der Geo*et3?ie des Modells entspricht«

Da« Gebiet der numerischen Steuerung lsi; nun bereits 20 Jafere alt· Diese bekannte üteöhnik ergab sieh aus der Notwendigkeit eines komplexen.Steuersystems für die gungsn.de» Werkzeugs eines? Wei?k»eug»RSchine, wobti Bewegungen ditrcü Handstöutrusg oder durch hydraulische ereinricatungeii, die zur Yerfiipuig standtn, nicht bar wartn» Bi© hydraulisehen Steuerein3?iahtungen ischufen die üögiicbkeit, einen festen Bewegungsablauf vorziuaeheii odar bestiamten Bewegungazyklus vorsuaehen, es böafcand jedoch nicht

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ORIGINAL INSPECTED

die Möglichkeit, unmittelbar eine große Inzahl von unabhän-. gigen Bewegungsabläufen zu erzielen. Durch die Entwicklung der numerischen Steuer- bzw. Hegeltechnik wurde es jedoch möglich» eine große Variationsmöglichkeit von Bewegungszyklen durch ledigliches Indern der Eingangsgröße oder des Programms der Steuereinrichtung zu erreichen. Während der Entwicklungsjahre sti&g die Kompliziertheit von Werkzeugmaschinen als :, auch von numerischen Steuergeräten rapide an. Die ursprünglichen Steuereinrichtungen besessen z.B. nur die Fähigkeit, zwei Bewegungsabläufe der Maschine zu steuern, die gleichzeitig erfolgten, jedoch voneinander unabhängig. Das Ziel bestand darin, das Werkzeug von einer Stelle aus zu einer anderen Stelle relativ zum Werkstück zu bewegen. Es bestand je- ; doch nicht die Möglichkeit, das Werkzeug längs einer bestimmten Bahn räumlich zwischen zwei Punkten zu bewegen, man konn- - te also nuß zuverlässig die Endpunkt© selbst bestimmen. Heutzutage gibt es !faschine», bei denen bis zu 10 unabhängige Be^. j wegungsachses. vorgesehen sind, die gleichzeitig gesteuert werden können« um ©ine Vie la afc! von Werkzeugen über irgendeine bestimmte Bahn räumlich zn bewegen. Obwohl große Schritte in ; Verbindung, mit einer automatischen Bewegung des Werkzeuges ί relativ zum Werkstück imtersommeB wurden» so führte die Gerätsöhaft dieser Autosatisation zu eines? vollständig neuen Industrie-OIeilprograai-rmierung» Der (Eeilprogrammierer ist erforderlich» um die Teilgeoiaetrid oder die bestimmte im Raum verlaufende Bahn in einer Sprache zu definieren, die,bedeutungsvoll für die Regeltechnik und Maschinenbau ist. Diese Praktik muß für jeden unterschis-dlichen Seilabschnitt oder failforst, die maschinell bearbeitet wsrdea soll» durchgeführtwerdaa. und mu$ auch erneut durchgeführt werden _% wann eine usjtsj?schiedliehe Marke sinerMasehine verwendet werden soll. Die Sormuag in inr ImÄust^riö war bis jetzt sehr begrenzt* Daher hat die AutQüabiaatioa von

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nicht nur eine vollständig neue Industrie für numerische Steuereinrichtungeentwicklung und Herstellung hervorgebracht, sondern die Planungsindustrie wurde wesentlich erweitert. Es wird heutzutage sogar angenommen, daß diese Industrie weiter zurückgeht als die Entwicklung der numerischen Steuertechnik selbst. Während sich die Industrie für Regel- und Steuerprobleme rapide entwickelt cat ist die sich mit Programmierfragen beschäftigende Industrie wie Pilze aus dem Boden geschossen. Im selben Maße wie die Programmiereinrichtungen gewachsen sind, wurde auch der Prozeß oder die Mechanik zum Erzeu— gen eines Programms sehr viel komplexer· In vielen Fällen hängt heutzutage die programmierte Produktion sehr viel mehr vom Wirkungsgrad dee Systeme, in dem produziert wird, ab, als von der eigenen Fähigkeit· Der Programmierer ist heutzutage ein feil eines sehr komplexen Systems, das er nur in sehr geringem Ausmaß überblickt, wobei er jedoch eine hohe Verantwortung trägt, Sin kürzlich von einem Flugaeugfabrikant\ vorgenommener Überblick ergab, daß im Mittelwert ein ÜJeilprogramm durch 20 verschiedene Arbeitsstufea währtnd des Vorbereitungsprozeßes führt; weiter erreichte dieses Programm durchschnittlich nahezu 6 Iterationen durch die Vorberei- ' tungsschleife. Unter Ignorierung der vom Programmierer be- j nötigten Zeit betrug die durchschnittliche sich ansammelnde Ansprechzeit für andere Vorgänge in dem System 12 Tage. Kombiniert man diese Feststellung alt der Tatsache, daß immer eine Reserve von erfahrenen Programmierern zur Verfügung ' stehen muß» bo erkennt man, dal die Entwicklung eines billigen Gerätes zum automatischen und sehne Ilen Erzeugen von j Teilprogrammen eine ungeahnte Bedeutung in der Industrie erreichen kann· -

Die vorliegende Erfindung schafft nun eis. Gerät, welches die zuvor definierten Probleme für viele intesadungsfälle löst,, i

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Diese Anwendungsfälle umfassen solche Situationen, bei denen das fertiggestellte Teil durch eine zwei dimensionale Schablone oder ein drei dimensionales Modell dargestellt werden kann. Erfindungsgemäß gelangt eine Aufzeichnungseinheit, ein Computer mit einer Eingangs/Ausgangsvorrichtung zur Anwendung, ebenso eine Kodiervorrichtung in Kombination mit einer genormten numerischen Steuereinrichtung und Werkzeugmaschine zur Anwendung. Erfindungsgemäß wird ebenso vorgeschlagen, dieses Zusatzgerät mit einem genormten numerischen Steuergerät zu koppeln und zwar in einer Weise, gemäß welcher dem elektronischen Netzwerk, welches in den numerischen Steuergeräten enthalten ist, voll Rechnung getragen wird. Das erfindungsgemäße System besitzt die Fähigkeit ein Modell aufzuzeichnen und eine dauerhafte Aufzeichnung, die durch die Geometrie des Modells bestimmt ist, zu erzeugen. Darüberhinaus kann diese Aufzeichnung von den numerischen Steuersystemen zu jedem Zeitpunkt zum Erzeugen eines fertigen Teiles herangezogen werden. Darüberhinaus gestattet die Eingangs-Ausgangsvorrichtung am Computer, daß der Programmierer Hilfsinformationen oder bestehende korrekte Informationen einführt. Das erfindungsgemäße Gerät macht auch nahezu vollständig einen erfahrenen Programmierer für diese Anwendungsgebiete überflüssig. Es kann weiter eine dauerhafte Aufzeichnung in einem einzigen Vorgang erzeugt werden und zwar während einer Zeit, die erforderlich ist, um das Modell aufzuzeichnen. Dieses Gerät ist um viele Tage schneller als ein Programmierer an Zeit benötigen würde, um bei bestehenden Systemen ein Programm zu erzeugen.

Das System weist einen weiteren Vorteil dahingehend auf, daß die Möglichkeit besteht, die Produktionsteile zu untersuchen. Dies wird dadurch erreicht, indem man das Modell abtastet und kritische Punkte auswählt, die vom Computer aufgezeich-

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net werden. 'Diese Punkte werden dann durch die Eingangs/ Ausgangsvorrichtung ausgedruckt und zwar für aufeinanderfolgende Untersuchungen. Die Untersuchung wird unter Verwendung der dauerhaften Aufzeichnung durchgeführt, indem man das numerische Steuersystem und die Werkzeugmaschine betreibt und die Stellung der Werkzeugmaschine bzw. des Werkzeuges derselben am fertigzustellenden Teil mit den ausgedruckten Punkten vergleicht bzw. in Beziehung setzt.

Es sind andere Aufzeichnungsmaschinen entwickelt worden, um Teilprogramme zu erstellen. Diese Maschinen sind Jedoch ausschließlich für den genannten Zweck bestimmt und sinddarüberhinaus nahezu um eine Größenordnung komplexer aufgebaut und ebenso teurer als das Gerät nach der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung schlägt eine einheitliche Kombination von Elementen vor, die in großem Ausmaß in Schaltungen "vorliegen, die für bestehende numerische Steuersysteme erhältlich sind. Es sei weiter hervorgehoben, daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes nicht auf ein bestimmtes Steuersystem beschränkt ist, sondern ebenso gut auf eine große Anzahl von Steuersystemen anwendbar ist, die heutzutage hergestellt werden. Ebenso sei erwähnt, daß bei Anwendung des Erfindungsgegenstandes auf ein gegebenes Steuersystem auch Teilprogramme für die Verwendung in Verbindung mit einem Steuersystem anderer Hersteller erstellt werden können. Die vorliegende Erfindung löst somit ein schwerwiegendes Problem, welches seit Beatehen der numerischen Steuer- und Hegelungstechnik existiert und welches in den letcten 5 Jahren äußerst schwerwiegend geworden ist.

Weitere Vorteil· und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeiepie-Ies unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen;

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Fig. 1a, 1b und 1c Teile des erfindungsgemäßen Gerätes, die, wenn sie entsprechend den gezeigten Verbindungslinien aneinandergefügt werden, ein detailliertes Blockschaltbild des Gerätes nach der Erfindung bilden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung denkt man sich die Figuren 1a, 1b und 1c zusammengefügt, wie durch die angezeigten Verbindungslinien angedeutet ist, so daß man ein gesamtes detailliertes Blockschaltbild erhält. Gemäß Figur 1c ist ein drei dimensionaler Aufzeichnungskopf 24 mechanisch an die Werkzeugmaschine 26 angepasst. Die Werkzeugmaschine 26 besitzt drei gegeneinander senkrecht und voneinander unabhängige Bewegungsachsen 21, 23 und 25, die durch die Maschinensupporte oder Gleitführungen 31 » 33 und 35 definiert sind. Der Aufzeichnungskopf 24 und die Werkzeugmaschine 26 stellen beide im Handel erhältliche Teile dar. Die Werkzeugmaschine selbst ist weit verbreitet und steht zur Verfügung und die Ausführungsform gemäß den drei Achsen ist eine industriegenormte Ausführungsform. Es ist möglich, den Abtastkopf 24 an die Spindel 27 der Haschine 26 anzupassen und ein Modell 29 auf den Maschinenauflagetisch 31 an einer Stelle anzuordnen, die normalerweise vom Werkstück eingenommen wird. Aus Gründen, die noch an späterer Stelle im einzelnen hervorgehen werden, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform erforderlich, daß der Abtastkopf 24 in einer mehr herkömmlicheren Weise an die Maschine 26 angepasst wird. Er ist in der Nähe der Spindel 2? der Maschine 26 montiert, so daß die Spindel 27 parallel zum Abtastkopf 24 arbeiten kann.

Wie mit gestrichelten Linien angezeigt ist, so sind die Servoantriebseinrichtungen 28, 30 und 32 mechanisch an die

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Maschine 26 angeschlossen. Wenn der Servoantrieb hydraulisch ist, so besteht er in typischer Weise aus einem Servoventil und einem Umlaufmotor, der an die Führungsspindel angeschlossen ist, die wiederum an den Maschinensupport angebracht ist. Es ist auch möglich, eine Kolben-Zylinderanordnung anstelle des Umlaufmotors undder Führungsspindel zu verwenden. Ebenso ist es möglich, einen elektrischen Antrieb anstelle eines hydraulischen Antriebs zu verwenden. In jedem Fall sieht die Servorantriebseinrichtung28, 30 und 32 die für eine relative Bewegung zwischen den Maschinensupporten erforderlichen Kräfte vor. Solche Antriebssysteme sind auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt und im Handel erhältlich. An jeden Maschinensupport sind mechanisch Rückkopplungswandler 34-» 36 und 38, wie in Figur 1a gezeigt ist, gekoppelt. Auch diese Wandler sind im Handel erhältlich und werden in der herkömmlichen Form und Weise verwendet, Sie können die Form von linear Bewegungsvorrichtunge^ oder Umlaufvorrichtungen haben.

Mit zwei Ausnahmen ist eine typische numerische Steuereinrichtung durch die Elemente definiert, die in dem Kästchen 40 der Figur 1a und 1b enthalten sind. Die erwähnten Ausnahmen seien an späterer Stelle erörtert. Der Einfachheit halber seien die zwei Betriebszustände des Systems als Abtastbetrieb und Bandbetrieb bezeichnet. Diese Betriebszustände können durch den Wählschalter 22 ausgesucht werden. Es sei angenommen, daß der Auswählschalter 22 auf eine Bandbetriebs-Schalterstellung eingestellt ist. Die herkömmlichste Eingangsgröße für eine numerische Steuereinrichtung stellt ein Lochstreifen 23 dar. Dieser besteht aus einem perforierten Medium, wobei die Perforationen in Spalten und Eeihen aufgeteilt sind und die Information wird über einen Kod in diesen Streifen eingebracht, der eine bestim-mte Form oder Bild der Perforationen definiert. Der Lochstreifen wird gelesen

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und die in diesem enthaltene Information wird in elektrische Signale vermittels des Dekoders 42 dekodiert. Diese Signale gelangen als Eingangsgröße zu einem Impulsgenerator 44. Der Aufbau des Generators 44 kann sich wesentlich von Hersteller zu Hersteller ändern. Es ist jedoch nur die von diesem Generator gelieferte Ausgangsgröße von Wichtigkeit und es ist unbedeutend, auf welche Weise diese Ausgangsgröße erzeugt wird. Die Ausgangsgröße besteht allgemein aus einer Aufeinanderfolge von Impulsen für jede Bewegungsachse. Jeder Impuls stellt ein festes Inkrement der Maschinensupportbewegung dar. Weiter ist die Folgefrequenz der Impulse direkt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des betreffenden Maschinensupportes. Daher stellen die Ausgangsgrößen aus dem Impulsgenerator 44 eine Vielzahl von Impulsfolgen dar, die digitale Größen oder Informationen sind und die, wenn sie angesammelt werden, die Größe und die Geschwindigkeit der Werkzeugbewegung relativ zum Werkstück definieren. Der Generator 44 erzeugt ebenso ein zweites Ausgangssignal für jede Achse, welches das Vorzeichen oder die Bewegungsrichtung angibt. Die Ausgangsgrößen aus dem Impulsgenerator 44 stellen einen Eingang für die Servo-Steuerschaltungen 45 dar. In diesen Steuerschaltungen 45 gelangen die Generatorausgangsgrößen durch Gatter 46, 48 und 50 in digital-analog (D-A) Konverter 52, 5^ und 56 und zu den Speichern 58, 60 und 62 in Figur 1b. Die Speicher 58, 60 und 62 stellen eine erste Ausnahme in Verbindung mit einem typischen numerischen Steuersystem dar. Obwohl die neuesten Steuersysteme Ausgangsspeicher enthalten, so sind diese bei einer Reihe von früheren Steuersystemen nicht erforderlich. Bei dem vorliegenden Anwendungsgebiet müssen die Speicher jedoch zur Durchführung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen werden. Ein Ausgangsspeicher kann aus einem Schieberegister oder einer anderen

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Speichereinrichtung bestehen, die eine genaue und laufende Zählung oder Bewertung der von einem Support insgesamt zurückgelegten Strecke relativ zu einem Bezugspunkt oder Ursprung liefern. Die Sammler sind betriebsfähig ungeachtet der eingestellten oder gewählten Betriebsart und sie ermöglichen es demzufolge, zwischen Betriebsarten umzuschalten, ohne daß dabei ein Verlust der Zuordnung zwischen den Steuersystemen, dem Computer und der Maschine auftritt. Sie sind ferner von einem genormten Serieneingang und parallel Ausgangtyp (zeitlich hintereinanderfolgende BinärentScheidungen - parallel vorliegende Binärentscheidungen). Die Ausführung mit Serieneingang läßt sich wirtschaftlich herstellen und ist vollständig an den Ausgang des Impulsgenerators 44 angepasst. Die parallel vorliegenden Ausgangsgrößen sind auch in äußerst wirtschaftlicher Weise an den Computer angepasst.

Die Ausgangsgrößen aus dem Impulsgenerator gelangen ebenso zu den D-A-Konvertern 52, 54- und 56, die ein amplituden- oder phasenmoduliertes analoges Signal an ihren Ausgängen vorsehen. Beide Systeme sind auf dem Gebiet seit längerer Zeit bekannt; trotzdem wird heutzutage die Phasenmodulation am häufigsten zur Anwendung gebracht. Ein derartiger Konverter 52 besteht typisch aus einem Eingangsgatter 64 und einem Zähler 66. Der Zähler 66 wird durch einen Oszillator mit relativ hober Oszillatorfrequenz getrieben (nicht gezeigt) wie beispielsweise durch einen numerischen Taktgeber; bei nicht Anliegen einer Eingangsgröße am Gatter wird eine Ausgangsrechteckwelle mit relativ niedriger Frequenz erzeugt. Das Eingangsgatter 64 schafft die Möglichkeit, einen Zählschritt im Zähler 66 entweder hinzuzufügen oder abzuziehen und zwar in Abhängigkeit von den Ausgangsgrößen aus dem Generator Das Vorzeichen oder die Richtung der Bewegung bestimmt,ob ein Zählschritt hinzugefügt oder abgezogen wird. Die Impuls-

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folge aus dem Generator 44 wirkt als Befehlsimpuls, der den neuesten Stand des Zählers angibt.

Ein Bezugszähler 68 arbeitet gleichzeitig mit den D/A-Konvertern und dieser stellt einen Teil eines Rückkopplungs-Wandler-Treibernetzwerkes 70 dar. Bei Nichtvorhandensein von Eingangsgrößen in die D/A-Konverter, ist die Ausgangsgröße aus dem Bezugszähler 68 identisch mit und synchronisiert mit den Ausgängen aus den D/A-Konvertern. Die Ausgangsgröße aus dem Bezugszähler 44 wird in einem Rechteckwellen in Sinuswellen umwandelnden Konverter 72 in zwei Sinuswellen umgewandelt, die um 90° phasenverschoben sind und als Eingangsgröße den Rückkopplungswandlern 34-, 36 und 38 zugeführt werden. Der Rückkopplungswandler erzeugt Rückkopp lungs signale, die dann durch die eine Sinuswelle in eine Rechteckwelle umwandelnden Konverter 74·, 76 und 78 umgewandelt werden und jeweils als Eingangsgröße den analogen Vergleichs stuf en 80, und 84 zugeleitet werden. Diese Vergleichsstufen 80, 82 und 84 erhalten auch eine weitere Eingangsgröße und zwar jeweils das analoge Signal aus den D/A-Konvertern 52, 54 und 56. Wie an früherer Stelle beschrieben wurde, wird, wenn Impuls am Eingang der Konverter vom Generator 44 her anliegen, die Phase der Zählerausgangsgrößen proportional verschoben. Die Vergleichsstufen 80, 82 und 84 erfassen die Phasenverschiebung relativ zur Ausgangsgröße aus den Rückkopplungswandlern und erzeugen analoge Ausgangssignale, die dazu proportional sind. Die analogen Ausgangssignale aus jeder der Vergleichsstufen 80, 82 und 84 gelangt durch entsprechende Gatter 86, 88 und 90 und dann jeweils in Servorverstärker 92, 94- und 96. Diese Verstärker sorgen für einen Signalpegel, der ausreichend ist, um die jeweiligen Servorantriebe anzutreiben, die dann ihrerseits die Maschinensupporte und damit die Rückkopplungswandler bewegen. Eine mechanische Eingangsgröße in

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die Rückkopplungswandler ergibt eine Phasenverschiebung der Ausgangsgrößen derselben in eine Richtung, die den phasenverschobenen Ausgangsgrößen auf den D/A-Konvertern entspricht. Wenn die Ausgangsgrößen aus den Rückkopplungswandlern in Phase mit den Ausgangsgrößen aus den D/A-Konvertern sind, dann hören die Ausgangsgrößen aus den Vergleichsstufen auf zu bestehen; dann haben sich auch die Maschinensupporte in die programmierte Lage bewegt. Diese Lage wird durch die Speicher angezeigt. Der bis hierher beschriebene Vorgang ist auf dem Gebiet gut bekannt und stellt die am weitest verbreitete programmierte numerische Steuerung dar. Es ist jedoch grundlegend das Verständnis der numerischen Steuerprinzipien erforderlich, um vollständig den Erfindungsgegenstand verstehen zu können.

Es wurde somit bisher beschrieben, auf welche Weise die Maschine in Abhängigkeit von einem gegebenen Eingangsprogramm gesteuert wird. Die folgende Beschreibung soll sich nun mit der Erklärung befassen, auf welche Weise das Programm unter Verwendung vieler Elemente, die in dem numerischen Steuersystem 40 vorhanden sind, erzeugt werden kann. Zunächst wird der Betriebsartenschalter 22 aus den Bandbetrieb in die Abtastbetriebsstellung bewegt. Man beginnt dann damit, den Abtastkopf 24 der Figur 1c über die Konturen des Modells 29 zu bewegen. Der Abtastkopf 24 ist mit einem Wandler ausgestattet, der drei elektrische Ausgangssignale 98, 100 und 102 vorsieht, die jeweils einer Bewegung des Maschinensupportes entsprechend und auch deren Größe kennzeichnen. Die Bewegungsrichtung für jede Supportbewegung während der Abtastbetriebsweise wird in derselben Form wie bei anderen Abtastsystemen bestimmt. Die von dem Abtastkopf abgegebenen Ausgangssignale sehen eine Eingangsgröße für die Servo-Steuerschaltungen 45

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vor. Diese Ausgangssignale werden über entsprechende Trennverstärker und Interface-Verstärker 1CVt-, 106 und 108 jeweils zu den Gattern 86, 88 und 90 gekoppelt. Die Verstärker 104, 106 und 108 sind genormt und sie schaffen eine Signalisolierung und einen Signalpegel, der für die Steuerschaltungen der numerischen Steuereinrichtung geeignet ist. Wenn im Abtastbetrieb die Ausgangssignale aus dem Betriebsartenschalter 22 die Gatter 86, 88 und 90 betreiben, um die analogen Ausgangssignale aus den analogen Vergleichsstufen 80, 82 und 84 nicht durchzulassen oder zu hindern, werden die Ausgangsgrößen aus den Verstärkern 104, 106 und 108 zu den zugeordneten Servo-verstarkern_t92, 94 und 96 angelegt. Daher bewirken die Servoverstärker, daß sich die Maschinensupporte als Funktion der Größe des Ausgangssignals aus dem Abtastkopf 24 bewegen. Wenn, wie an früherer Stelle bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen wurde, der Abtastkopf dicht bei und parallel zum Spindelkopf montiert ist, kann ein Schneidwerkzeug in der Maschinenspindel in Lage gebracht werden; weiter kann ein imittiertes Werkstück aus Holz, Schaumkunststoff, oder aus einem anderen billigen Material auf den Auflagetisch der Maschine in Lage gebracht werden. Wenn das Modell abgetastet wird, so kann man direkt die Sehneidwirkung auf das imittierte Werkstück beobachten und man kann dementsprechend die Abtastung einstellen. Während der Abtastkopf die Bewegungen der Maschinensupporte steuert, werden die Rückkopplungswandler 34, 36 und 38 der Figur 1a mit einer mechanischen Eingangsgröße erregt. Damit ändern sich die Rückkopplungssignale in einer Weise, wie an früherer .Stelle beschrieben wurde. Die Wandlerausgangsgroßen werden sowohl an die analogen Vergleichsstufen 80, 82 und 84, die nunmehr durch ihre entsprechenden Gatter 86, 88 und 90 außer Bereitschaft gesetzt sind, gekoppelt, als auch jeweils an die digitalen Vergleichsstufen 110, 112 und 114 angelegt.

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Das Vorsehen einer zweiten Vergleichsstufe oder Schaltung stellt eine weitere Abweichung von einer genormten numerischen Steuereinrichtung dar. Bei der genormten Ausführungsform ist nur eine Vergleichsstufe für jede gesteuerte Achse erforderlich. Diese hat häufig die Form einer analogen Vergleichsstufe, wie sie an früherer Stelle beschrieben wurde. Eine weitere Eingangsgröße für jede digitale Vergleichsstufe 110, 112 und 114 wird von der Ausgangsgröße der entsprechenden D/A-Konverter 52, 5^- und 56 gebildet. Jede der digitalen Vergleichsstufen erzeugt ein digitales Ausgangssignal, welches aus einer Anzahl von Ausgangsimpulsen besteht mit einer impulsmäßigen Bedeutung nämlich der anderen Impulse in dem Steuersystem. Weiter ist die Zahl der Ausgangsimpulse proportional zur Größe der zwischen den Vergleichsstufen-Eingangsgrößen oder Eingängen erfassten Größe der Phasenverschiebung. Die Ausgangsimpulse aus jeder der Vergleichsstufen 110, 112 und 114 werden jeweils Gatter 46, 48 und 50 zugeführt. Durch Umschalten des Betriebsbereichsschalter 52 \ aus dem Bandbetrieb in den Abtastbetrieb bewirken die Gatter 46, 48 und 50, daß die Ausgangsgrößen des Generators 44 von den entsprechenden D/A-Konvertern 52, 5^ und 56 abgetrennt werden und daß die Ausgangsgrößen aus den Vergleichsstufen 110, 112 und 114 jeweils als Eingänge zu den D/A-Konvertern 52, 54 und 56 jeweils geleitet werden. Demnach werden die Ausgangsspeicher und die Befehlszähler in den D/A-Konvertern, wobei die Ausgangsgrößen der Rüclrkopplungselemente durch den Abtastvorgang geändert werden, durch einen Betrag auf den neuesten Stand gebracht, der proportional zu den Bewegungen des Haschxnensupportes ist. Die Speicher enthalten dann eine gleichmäßige digitale Aufzeichnung der Bewegungen der Maschine, während sie sich unter dem Einfluß oder der Steuerung der Abtastung befinden. Diese Aufzeichnung wird durch den Computer 116 der Figur 1b überwacht.

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Der Computer 116 ist relativ einfach und in üblicher Weise aufgebaut. Er kann schematisch durch ein Eingangsnetzwerk 122 dargestellt werden, welches eine Information einem Gedächtnis 124 und einer zentralen verarbeitenden Einheit (CPU) 126 zuführt. Das Ausgangsnetzwerk 128 spricht auf die Einheit CPU 126 an und sieht geeignete Signale für den Band-Lochstempel 120, dem Teletyp 118 und der numerischen Steuereinrichtung 40 vor. Da Programme und Computer im Handel erhältlich sind, die sich von einem Fachmann fertig in das beschriebene System einbauen lassen, soll die Programmierung und der Betrieb des Computers nicht im einzelnen beschrieben werden. Darüberhinaus sind derartige Detaills auch nicht für die einheitliche Verwendung der an früherer Stelle beschriebenen Elemente bedeutungsvoll. Allgemein führt der Computer 116 drei grundlegende Funktionen aus. Die erste besteht darin, daß er die geeignete Spanlängeninformation bestimmen muß. Die zweite besteht darin, daß er alle erforderlichen Hilfsvorgänge bzw. Informationen wie Werkzeugvorsehub, Spindelgeschwindigkeit usw. speichern muß. Drittens muß er auf die Eingangsgrößen einwirken, muß sie in geeignete Informationsabschnitte oder -blöcke gruppieren oder ordnen und diese Informationen in einen Kod umwandeln, der von der speziellen numerischen Steuereinrichtung erfassbar bzw. lesbar ist. Diese Funktionen werden in Einklang mit den dem Computer eingespeisten Programmen und Informationen ausgeführt. Es wird beispielsweise für den ersten Fall angenommen, daß nur eine lineare Kurvenanpassung zur Verfügung steht. Mit anderen Worten überwacht der Computer die sich ändernden Speicherinhalte und extrapoliert eine Familie von geraden Linien, durch Punkte, die in einen Satz von bestimmten Grenzbedingungen fallen. Wenn der Computer feststellt, daß es unmöglich ist, eine gerade Linie durch die Speicherpunkte wei-

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ter zu legen, die noch innerhalb der Grenzbedingungen bleiben, dann hört er mit dieser Spanlänge auf und fängt eine neue an. Es sei hervorgehoben, daß es viele mögliche Algorithmen gibt, um die Spanlängen zu bestimmen, die einem Fachmann gut bekannt sind. Für den Zweck der vorliegenden Beschreibung ist eine detaillierte Erläuterung einer bestimmten Ausführungsform nicht erforderlich. Die die Maschi-.nenparameter definier-ende Information als auch die zuvor erwähnten Grenzbedingungen können als Eingangsgröße über einen Teletype 118 oder einer ähnlichen Eingangs/Ausgangsvorrichtung dem Computer eingegeben werden. Eine solche Information umfasst dann die Spindelgeschwindigkeiten, Werkzeugvorschubgeschwindigkeiten, das Abtastvolumen, welches gewünscht wird und den Steuerungstyp, nach welchem der Streifen oder das Band verwendet werden soll. Mit der vom Abtastkopf gelieferten Information und der vom Programmierer eingegebenen Information kann der Computer aus diesen Daten eine Information bilden, welche aas Teil definiert. Wenn sich der Abtastkopf über das Modell bewegt, so gibt der Computer fortwährend diese Informati-on auf, so daß dadurch ein Teilprogramm gekennzeichnet wird. Diese Information wird dazu verwendet, den Streifenlocher 120 zu treiben, welcher dann das Teilprogramm durch Perforieren des Streifens 130 einkodiert, so daß dadurch das Programm dauerhaft gespeichert wird. Die Erfindung besteht somit aus einem System, welches eine einheitliche Gerätschaft bereits bestehender numerischer Steuerelemente umfasst. Dieses System ist dazu in der Lage, auf einem dauerhaften Aufzeichnungsträger ein Teilprogramm aufzuzeichnen bzw. zu erzeugen, welches durch ein Modell definiert ist. Darüberhinaus kann das Teilprogramm von der Maschine erneut abgefragt werden, um ein Teil fertigzustellen,, oder es kann für jeden Zeitpunkt bei irgendeiner anderen numerischen Steuereinrichtung verwendet werden.

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Die Erfindung schafft somit eine automatische Werkzeugmaschine mit einem Steuersystem, welches zuerst eine gewünschte Teilform, die durch ein Modell definiert ist, erzeugt und auf einem geeigneten Speichermedium aufzeichnet, und dann die Werkzeugmaschine entsprechend einer Abfrage und Dekodierung der gespeicherten Information treibt, so daß dadurch die gewünschte Teilform in ein Werkstück geschnitten wird. Das System besteht aus einer Werkzeugmaschine mit drei zueinander senkrecht verlaufenden Bewegungsachsen, die unter der Steuerung eines Servo-mechanismus stehen. Ein Abtastkopf ist dem Werkzeug der Maschine zugeordnet und die Ausgangsgrößen, die der Werkzeugkopf liefert, werden über Servomechanismus-Steuerschaltungen in einem numerischen Steuersystem einem Computer eingespeist. An den Computer ist auch eine Eingangs/Ausgangsvorrichtung angeschlossen, die eine allgemeine Steuerung während des Vorganges gestattet und auch das Einspeisen von Hilfsbefehlsgrößen ermöglicht. Der Computer spricht auf diese eingespeisten Grossen an und erzeugt ein Teilprogramm, welches die gewünschte Teilform, wie sie dem Modell entspricht, kennzeichnet. Eine Ausgangsgröße des Computers wird an eine Kodiervorrichtung geführt, die dann das Teilprogramm in einemSpeichermedium aufzeichnet. Das Teilprogramm kann erneut abgefragt werden, indem es mit Hilfe der numerischen Steuerschaltungen abgefragt und dekodiert wird bzw. die darin enthaltenen Information dekodiert wird. Somit wird die Werkzeugmaschine in einer normierten Weise gesteuert und sie bearbeitet oder schneidet ein Werkstück entsprechend dem abgetasteten Modell.

Obwohl die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei— spiels beschrieben und'veranschaulicht ist, so ist sie nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, daß eine Reihe von Abwandlungen und

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Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE

   11 .J Steuersystem, insbesondere in Verbindung mit einer automatischen Werkzeugmaschine, welches ein Modell abtastet und ein Abbild dieses Modells in kodierter Form in einem Speichermedium aufzeichnet, wobei der gespeicherte Kodedie Geometrie dieses Modells kennzeichnet, und welches das in kodierter Form aufgezeichnete Abbild des Modells dekodiert, wobei Steuersignale zum Erregen einer Vielzahl von Servomechanismen erzeugt werden, um dadurch ein dem Steuersystem zugeordnetes Werkzeug relativ zu einem Werkstück zu bewegen, so daß dieses Werkstück eine durch die Geometrie des Modells definierte Form erhält, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeugmaschine (26) eine Vielzahl von beweglichen Elementen (31 j 33» 35) enthält, die durch den Servomechanismus gesteuert sind und das Werkzeug relativ zum Werkstück bewegen; dass weiter ein dem Werkzeug der Werkzeugmaschine zugeordneter Abtastkopf (24) zum Abtasten des Modells vorgesehen ist und elektrische Ausgangssignale erzeugt, welche die Geometrie des Modells kennzeichnen; daß an den Abtastkopf und die Werkzeugmaschine eine numerische Steuereinrichtung (40) angeschlossen ist, daß diese Steuereinrichtung einen Eingangskreis (42) zum Dekodieren des im Speichermedium aufgezeichneten Kodeeund eine Vielzahl von Servomechanismus-Steuerschaltungen (45) enthält, die selektiv auf den Eingangskreis und die elektrischen Ausgangssignale vom Abtastkopf ansprechen und die Steuersignale zum Erregen der Vielzahl der Servomechanismen erzeugen; daß weiter ein Computer (116) vorgesehen ist und mit einer Eingangs/Ausgangsvorrichtung (118) ausgestattet ist und daß dieser Computer an die numerische Steuereinrichtung so angeschlossen ist, daß er ein Abbild des die

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   Geometrie des Modells definierenden Kodes erzeugt; und daß eine Kodiervorrichtung (120) an den Computer angeschlossen ist, um das Abbild bzw. den Kode in einem Speichermedium auszuzeichnen.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuereinrichtung folgendes enthält:

   Einen zyklischen Impulsgenerator (44-), der an denEingangskreis angeschlossen ist und eine Vielzahl von Impulsfolgen erzeugt, die gesammelt eine Größe und Geschwindigkeit der Werkzeugbewegung darstellen; ein schaltendes Netzwerk (22, 46, 4-8, 50, 86, 88, 90) zum selektiven Anschließen des Impulsgenerators und des Abtastkopfes an die Servomechanismus-Steuerschaltungen.
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Servomechanismus-Steuerschaltungen der numerischen Steuereinrichtung folgendes enthalten:

   Ein RückkopplungswandlerNetzwerk (70) zum Erzeugen von Bezugsausgangssignalen; einen Rückkopplungswandler (34, 36, 38) für jedes bewegliche Element, wobei dieser Wandler mit einerjnechanischen Eingangsgröße gespeist wird und jeder Wandler elektrische Eingänge, die auf die Bezugsausgangssignale ansprechen, aufweist und ein Rückkopplungssignal erzeugt, welches sich als Funktion der mechanischen Eingangsgröße ändert; einen Digitalzu-Analog-Konverter (52, 54, 56) für jedes bewegliche Element, wobei jeder Konverter einen Konvertereingang, der selektiv auf den Impulsgenerator anspricht, und einen zweiten Eingang, der ein analoges Ausgangssignal erzeugt, aufweist; ein Paar von Vergleichsstufen oder Schaltungen (80, 110, 82, 112, 84, 114) für jedes bewegliche Element, wobei diese Stufen oder Schaltungen Eingänge aufweisen, die auf das Rückkopplungssignal und

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   auf das analoge Ausgangssignal ansprechen und eine der Schaltungen oder Stufen einen an den zweiten Eingang angeschlossenen Ausgang aufweist; weiter einen Servoverstärker (92, 94, 96) für Jedes bewegliche Element, die eines der Steuersignale an einem Ausgang erzeugen, der an einen der Servomechanis- ■·"* men angeschlossen ist und der Verstärker einen selektiv auf die anderen der Vergleichestufen oder Schaltungen und eines i der elektrischen Ausgangssignale aus dem Abtastkopf anspre- i chen kann. '
4. 4. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der Vergleichsstufen oder Schaltungen folgendes enthält:

   Ein analoges Vergleichsnetzwerk (80, 82, 84), dessen Eingänge an einen Eingang der digital-zu-analog Konverter und einen Eingang der Rückkopplungswandler angeschlossen sind, so daß ein zeitlich andauerndes Ausgangssignal erzeugt wird, welches proportional zur Größe einer Nichtkoinzidenz zwischen den Eingangsgroßen ist} weiter ein digitales Vergleichernetzwerk (110_$ 112, 114), dessen Eingänge an einen Eingang der Digital-Zu-Analog-Konverter und einen Eingang der Rückkopplungswandler angeschlossen sind, so daß ein digitales Ausgangssignal mit einer Anzahl von Impulsen erzeugt wird, die proportional zur Größe der Nichtkoinzidenz zwischen den Eingangsgrößen Und.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuereinrichtung noch folgendes enthält: !

   ! Einen Schalter zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals, welches den Abtastvorgang wiedergibt, und zum Erzeugen einet ' / zweiten Außgangssignals, welches den numerischen Steuerbe- \L trieb kennzeichnet;

   ein erstes Gatternetzwerk (46, 48, 5>Q) für Jedes bewegliche

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   Element, dessen Eingänge an den Schalter, den zyklischen Impulsgenerator und eines der digitalen Vergleichernetzwerke angeschlossen sind, wobei das Gatternetzwerk auf das erste Ausgangssignal ansprechen kann, um exklusive das eine der digitalen Vergleichernetzwerke an einen der digital-zu-analog Konverter anzuschließen, und auf ein zweites Ausgangssignal ansprechen kann, um exklusive eine der Impulsfolgen an den einen der digital-zu-analog Konverter anzulegen} ein zweites Gatternetzwerk (86, 88, 90) für jedes bewegliche Element, dessen Eingänge an den Schalter, eines der analogen Vergieicherne bzwerke und den Abtastkopf angeschlossen sind, wobei dieses Gatternetzwerk auf das erste Eingangssignal ansprechen kann, um den Abtastkopf an einen der Servovers barker anzuschließen, und auf das zweite Ausgangssignal ansprechen kann, um die eine der analogen Vergleichsstufen an einen der Servoverstärker anzuschließen·, und ein digitales Speichernetzwerk (58, 60, 62) für jedes bewegliche Element, dessen Eingang an das erste Gatternatz werk angeschlossen ist, wobei dieses Speichernetzwerk ein digitales Ausgangssignal für den Computer vorsieht, welches die integrierte oder Gesamtbewegung des beweglichen SIemenbe3 kennzeichnet,

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