DE3750020T2

DE3750020T2 - Numerische Vorschubeinrichtung für eine Werkzeugmaschine.

Info

Publication number: DE3750020T2
Application number: DE3750020T
Authority: DE
Inventors: Haruo Ohmura; Takao Yoneda
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2007-11-05
Also published as: JPH0716854B2; KR950007237B1; US4810945A; KR880006000A; EP0268887A3; DE3750020D1; EP0268887B1; JPS63120055A; EP0268887A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung zur Verwendung für eine Werkzeugmaschine, vorzugsweise vom Typ, die Werkstücke mit ovalem oder elliptischem Querschnitt bearbeitet, wie Kraftfahrzeug-Nockenwellen; gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist eine derartige Vorrichtung aus FR-A-2 ,467,659 bekannt.
Erörterung des Standes der Technik:
Bisher ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Vorschubbewegung eines Schleifrades in einer Richtung rechtwinklig zur Achse einer Arbeitsspindel durch eine numerische Steuerung synchron zur Umdrehung der Arbeitsspindel gesteuert wird, um ein Werkstück wie eine Kraftfahrzeug-Nockenwelle oder dergleichen zu schleifen. Bei diesem Verfahren müssen der numerischen Steuerung Profildaten zugeführt werden, um die synchrone Steuerung der Vorschubbewegung des Schleifrades zu bewirken. Die Profildaten schreiben die Vorschubbewegung des Schleifrades pro Umdrehung der Arbeitsspindel um einen Einheitswinkel vor, so daß das Schleifrad eine Profilerzeugungsbewegung ausführt, zu der eine gegenseitige Bewegung gehört, die einer gewünschten Fertigstellungsform des Werkstücks folgt.
Ferner müssen, um das Werkstück zu schleifen, Maschinenzyklusdaten, die den Vorschub, den Schneidhub, die Zurückziehbewegung usw. des Schleifrades steuern, zusätzlich zu den Profildaten erstellt werden. Das Werkstück wird bearbeitet, wenn die Umdrehung der Arbeitsspindel und die Vorschubbewegung des Schleifrades numerisch gemäß den Maschinenzyklusdaten und den Profildaten gesteuert werden. Insbesondere hängt die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks stark von der Fähigkeit ab, mit der die Arbeitsspindelachse und die Schleifrad-Vorschubachse Befehlsdaten oder -signalen genau folgen können. So kann daran gedacht werden, die Verstärkungen in Servoverstärkern in den Vorschubregelungssystemen zu erhöhen, um Fehler aufgrund sich ergebender Verzögerungen zu verringern. Jedoch kann dieser Lösungsweg nicht beschritten werden, da er zu Instabilität der Regelung führt.
FR-A-2,388,335 offenbart ein System, bei dem die Schleifenverstärkung im Betriebszustand erhöht wird und im Ruhe zustand erniedrigt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine verbesserte numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung zu schaffen, die Bearbeitungsfehler aufgrund sich ergebender Verzögerungen minimieren kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, ihr Ansprechverhalten auf Befehlssignale abhängig von verschiedenen Parametern wie der mechanischen Eigenschaften einer Werkzeugmaschine, in der die Einrichtung verwendet wird, der Form eines zu bearbeitenden Werkstücks, der Vorschubrate und dergleichen zu verändern.
Kurz gesagt, weist eine erfindungsgemäße numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung folgendes auf: einen von einem Treiberverstärker angesteuerten Servomotor zum Verstellen eines Schlittens mit einem Werkzeug oder Werkstück, einen ersten Detektor zum Erfassen des Ist-Vorschubs des Schlittens, einen zweiten Detektor zum Erfassen der Ist-Vorschubrate, um ein Rückkopplungs-Geschwindigkeitssignal auszugeben, eine Vorschubvorgabeeinrichtung zum Erzeugen von Vorschubstellsignalen abhängig von numerischen Steuerdaten, wobei die Vorschubstellsignale den Sollvorschub und die Sollvorschubrate des Schlittens repräsentieren, eine Regelungsabweichungssignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Sollgeschwindigkeitssignals, das der Differenz zwischen den Vorschubstellsignalen und dem Ist-Vorschub vom ersten Detektor entspricht, einen Vorschubvorwärtsgeschwindigkeit-Signalgenerator, der auf die Vorschubstellsignale anspricht, um ein diesen entsprechendes Geschwindigkeitsaufschaltsignal zu erzeugen, einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, um das Geschwindigkeitsaufschaltsignal mit einem spezifizierten Verstärkungsverhältnis zu verstärken, eine Subtrahierschaltung zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den Treiberverstärker, das von der Differenz zwischen dem Soll- und dem Geschwindigkeitsrückkopplungssignal sowie dem verstärkten Geschwindigkeitsaufschaltsignal abhängt, und eine Verstärkungssteuerungseinrichtung zum Berechnen des Verstärkungsverhältnisses auf Grundlage verschiedener vorgegebener Parameter, um das Verstärkungsverhältnis in den Verstärker mit einstellbarer Verstärkung einzugeben.
Durch diese Konfiguration kann, da das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers mit einstellbarer Verstärkung so verändert werden kann, wie dies von der Verstärkungssteuerungseinrichtung spezifiziert wird, das Ansprechverhalten der Vorschubeinrichtung auf die Vorschubstellsignale abhängig von den verschiedenen vorgegebenen Parametern eingestellt werden, die die Bearbeitungsbedingungen wiedergeben. Demgemäß können Bearbeitungsfehler aufgrund sich ergebender Verzögerungen minimiert werden, obwohl die Stabilität bei der Regelung des Systems zuverlässig gewährleistet werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und viele der zugehörigen Vorteile der Erfindung sind leicht zu erkennen, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele besser verständlich wird, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten kennzeichnen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine numerisch gesteuerte Nockenwellenschleifmaschine ist, die erfindungsgemäße numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtungen beinhaltet;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das eine der numerisch gesteuerten Vorschubeinrichtungen zeigt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuerung für die Schleifmaschine ist;
Fig. 4 eine erläuternde Darstellung ist, die ein Beispiel eines numerischen Steuerungsprogramms zeigt, das der numerischen Steuerung zugeführt wird;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Systemsteuerungsprogramms ist, das von der numerischen Steuerung ausgeführt wird, um die Werkzeugmaschine abhängig vom numerischen Steuerungsprogramm zu steuern;
Fig. 6 ein Flußdiagramm einer Routine ist, die von der numerischen Steuerung ausgeführt wird, um ein Verstärkungsverhältnis zu bestimmen und auszugeben;
Fig. 7 ein Flußdiagramm einer anderen Routine ist, die von der numerischen Steuerung ausgeführt wird, um einen Impulsverteilungsvorgang auszuführen, um eine Bewegung zum Herstellen des Profils einer Nockenwelle zu bewirken;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Teils einer numerisch gesteuerten Vorschubeinrichtung ist, die ein anderes Ausführungsbeispiel darstellt; und
Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Teils einer numerisch gesteuerten Vorschubeinrichtung ist, die noch ein anderes Ausführungsbeispiel darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine erfindungsgemäße numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung in einer numerisch gesteuerten Nockenwellenschleifmaschine enthalten. Gemäß den Zeichnungen und insbesondere deren Fig. 1 ist eine numerisch gesteuerte Nockenwellenschleifmaschine mit einem Bett 10 vorhanden, auf dem ein Tisch gleitend entlang einer Z-Achse geführt ist, die parallel zur Achse einer Arbeitsspindel 13 liegt. Ein Aufspannkopf 12 ist am linken Ende des Tisches 11 angebracht. Der Aufspannkopf 12 trägt rotierbar die Arbeitsspindel 13, die mit einem Servomotor 14 verbunden ist, um durch diesen gedreht zu werden. Am rechten Ende des Tisches 11 ist auch ein Reitstock 15 angebracht. Ein Werkstück W mit einem Nocken C wird zwischen einer Zentrierspitze 17 der Arbeitsspindel 13 und einer Zentrierspitze 16 des Reitstocks 15 gehalten. Das linke Ende des Werkstücks W steht in Eingriff mit einem Positionierstift 18, der an der Arbeitsspindel 13 befestigt ist, um die Phase des Werkstücks W mit der Phase der Arbeitsspindel 13 zu synchronisieren.
Ein Werkzeugschlitten 20 ist gleitend in einem hinteren Abschnitt des Bettes 10 für eine Bewegung entlang einer X-Achse zum Werkstück W hin und von diesem weg gelagert. Ein von einem Motor 21 angetriebenes Schleifrad G ist auf dem Werkzeugschlitten 20 angebracht. Der Werkzeugschlitten 20 ist über eine (nicht dargestellte) Vorschubspindel mit einem Servomotor 23 verbunden, so daß durch den Servomotor 23 eine Vorschub- und Zurückziehbewegung des Werkzeugschlittens 20 hervorgerufen wird.
Treibereinheiten 40, 41 sind Schaltungen zum Ansteuern der Servomotoren 23 bzw. 14 auf Vorschubstellsignale oder -impulse hin, die durch eine numerische Steuerung 30 erzeugt werden. Wie in Fig. 2 im Detail dargestellt, beinhaltet die Treibereinheit 40 einen Fehlerzähler 401, der Stellimpulse von der numerischen Steuerung 30 und Rückkoppelimpulse von einem Impulsgenerator 52 differenzmäßig zählt. Wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist, repräsentiert die Anzahl von Stellimpulsen den Sollvorschub, um den der Werkzeugschlitten 20 zu verstellen ist, während die Frequenz der Stellimpulse die Sollvorschubrate oder -geschwindigkeit repräsentiert, mit der der Schlitten 20 zu verstellen ist. Der vom Servomotor 23 angesteuerte Impulsgenerator 52 erfaßt den Ist-Vorschub des Werkzeugschlittens 20. Digitale Regelungsabweichungsdaten vom Fehlerzähler 401 werden durch einen Digital/Analog(D/A)-Umsetzer 402 in ein entsprechendes analoges Regelungsabweichungssignal (d. h. ein Sollgeschwindigkeitssignal) Vo umgesetzt. Das Regelungsabweichungssignal Vo des D/A-Umsetzers 402 wird zu einer Subtrahierschaltung 407 geführt, die ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal Vb vom Regelabweichungssignal Vo subtrahiert. Das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal Vb wird von einem Tachogenerator 53 erzeugt, der vom Servomotor 23 angetrieben wird, um die Ist-Vorschubrate des Werkzeugschlittens 20 zu erfassen. Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 407 wird zu einem Treiberverstärker 403 geführt, der den Servomotor 23 ansteuert.
Die Treibereinheit 40 beinhaltet ferner einen Frequenz/Spannung(F/V)-Umsetzer 404, der die Frequenz der Stellimpulse in ein diesen entsprechendes Spannungssignal umsetzt, sowie einen Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung, der das Spannungssignal mit einem Verstärkungsverhältnis verstärkt, das einem Verstärkungsverhältnis-Steuersignal S1 entspricht, das von der numerischen Steuerung 30 eingegeben wird, um das verstärkte Signal Vf zur Addition an die Subtrahierschaltung 407 zu geben. Der F/V-Umsetzer 404 und der Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung bilden eine Vorwärtsregelungsschaltung, und sie arbeiten so, daß sie zum Signal der Subtrahierschaltung 407 ein verstärktes Geschwindigkeitsaufschaltsignal Vf addieren, das proportional zur Geschwindigkeitskomponente von Nockenprofildaten ist, worauf später Bezug genommen wird. Demgemäß wird eine sich ergebende Verzögerung, die in Zusammenhang mit einer solchen Geschwindigkeitskomponente auftritt, kompensiert. Die Treibereinheit 41 weist denselben Schaltungsaufbau wie die Treibereinheit 40 auf.
Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht die numerische Steuerung 30 hauptsächlich aus einer Haupt-CPU 31 zum Verarbeiten numerischer Steuerungsdaten, einem Festwertspeicher (ROM) 33 zum Abspeichern von Systemsteuerungsprogrammen, einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 32 zum Abspeichern eines numerischen Steuerungs(NC)-Programms, von Profilprogrammen, verschiedenen Parametern und dergleichen, und einer Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelle 34. Im RAM 32 sind NC-Programmbereich 321 zum Abspeichern des NC-Programms, ein Profilprogrammbereich 322 zum Abspeichern der Nockenprofilprogramme, von denen jedes aus zahlreichen Blöcken von Profildaten besteht, die auf Grundlage der idealen Endform einer Nockenwelle berechnet wurden, ein Vorschubmoduseinstellbereich 323 zum Abspeichern festgelegter Vorschubmodi, ein Bearbeitungsmoduseinstellbereich 324 und ein Verstärkungsverhältnisparameter- Bereich 325 zum Abspeichern verschiedener Parameter zum Bestimmen des vorstehend genannten Verstärkungsverhältnisses vorhanden. Die numerische Steuerung 30 ist ferner mit einer Treiber-CPU 36, einem anderen RAM 35 und einer Impulsverteilungsschaltung 37 versehen, die ein Treibersystem für die Servomotoren 14 und 23 bilden. Der RAM 35 ist eine Speichervorrichtung zum Empfangen von Positionier- und Geschwindigkeitsdaten für den Werkzeugschlitten 20 und die Arbeitsspindel 13 von der Haupt-CPU 31. Die Treiber-CPU 36 ist eine Vorrichtung, die die Berechnungen zum Beschleunigen, Verzögern, Interpolieren von Zielpunkten und dergleichen hinsichtlich der Vorschubbewegungen des Werkzeugschlittens 20 ausführt, um ungefähr periodisch Positionierdaten für interpolierte Punkte auszugeben. Die Impulsverteilungsschaltung 37 ist eine Schaltung zum Ausgeben von Vorschubstellimpulsen, wenn sie Befehle zum Ausmaß des Vorschubs und der Umdrehung sowie Befehle zum Vorschub und zur Drehzahl von der Treiber-CPU 36 erhält.
Der Betrieb des wie vorstehend aufgebauten Geräts wird nachfolgend beschrieben. Ein NC-Programm mit Daten zum Festlegen eines Maschinenzyklus wurde vorab im NC-Datenbereich 321 abgespeichert. Es ist so vorbereitet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Das NC-Programm wird von der Haupt-CPU 31 abhängig von Abläufen decodiert, wie sie durch ein Flußdiagramm in Fig. 5 dargestellt sind. Genauer gesagt, wird ein Datenblock des NC-Programms in einem Schritt 100 ausgelesen und in einem Schritt 102 wird ermittelt, ob er das Ende des Programms anweist oder nicht. Wenn der Programmendebefehl ausgelesen ist, wird die numerische Steuerung gemäß dem NC- Programm beendet. Wenn der ausgelesene Block nicht das Programmende repräsentiert, folgen ein Schritt 104 und die auf diesen folgenden Schritte, um jeden Befehlscode des ausgelesenen Blocks zu erkennen. Wenn festgestellt wird, daß der ausgelesene Block einen Code G enthält, geht die Verarbeitung durch die CPU 31 zu einem Schritt 106 weiter, um spezielle Ermittlungen für den ausgelesenen Code G auszuführen. D.h., daß in Schritten 106 bis 126 ein dem Code G entsprechender Modus eingestellt wird und das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 405 mit einstellbarer Verstärkung im Fall des Codes G00 oder G01 eingestellt wird. Wenn im Schritt 106 ermittelt wird, daß der ausgelesene Code G der Code G00 ist, wird der Schritt 108 ausgeführt, in dem ein Flag im Vorschubmoduseinstellbereich 323 gesetzt wird, um den Modus SCHNELLVORSCHUB als Vorschubmodus zu spezifizieren. Auf ähnliche Weise wird, wenn im Schritt 110 der Code G01 erkannt wird, ein anderes Flag alternativ im Schritt 112 im Vorschubmoduseinstellbereich 323 gesetzt, um den Modus SCHLEIFVORSCHUB als Vorschubmodus zu spezifizieren. Ferner wird, wenn im Schritt 120 der Code G50 erkannt wird, ein Flag im Bearbeitungsmoduseinstellbereich 324 im Schritt 122 rückgesetzt, um den Modus NORMAL als Bearbeitungsmodus zu spezifizieren. Auf ähnliche Weise wird dann, wenn im Schritt 124 der Code G51 erkannt wird, das Flag im Bearbeitungsmoduseinstellbereich 324 im Schritt 126 gesetzt, um einen Modus NOCKEN als Bearbeitungsmodus einzustellen.
In jedem der Schritte 108 und 112 wird eine Einstellung des Verstärkungsverhältnisses zusätzlich zur vorstehend genannten Moduseinstellung ausgeführt. Wenn durch einen ausgelesenen NC-Datenblock wie den Block N030 des in Fig. 4 dargestellten NC-Programms eine Vorschubrate (Code F) und eine Arbeitsspindeldrehzahl (Code S) spezifiziert werden, werden diese im Verstärkungsverhältnisparameter-Bereich 325 des RAMS 32 abgespeichert. Andere Parameter wie eine Maschinenkonstante M, eine Werkstückformkonstante P und dergleichen wurden vorab im Parameterbereich 325 abgespeichert. Die Maschinenkonstante M wird abhängig von den mechanischen Eigenschaften der Schleifmaschine mit der typischen Maschinenstabilität bestimmt, während die Werkstückformkonstante P abhängig von der Form des Werkstücks W bestimmt wird. Die Werkstückformkonstante P wird so bestimmt, daß sie größer wird, wenn der Maximalwert der Geschwindigkeitskomponente und/oder der Beschleunigungskomponente der Profildaten grösser wird.
Eine Einstellung des Verstärkungverhältnisses in jedem der Schritte 108 und 112 wird abhängig von dem in Fig. 6 dargestellten Flußdiagramm ausgeführt. D.h., daß ein Schritt 300 ausgeführt wird, um eine Vorschubrate F, eine Arbeitsspindeldrehzahl S, die Maschinenkonstante M und die Werkstückformkonstante P aus dem Parameterbereich 325 auszulesen. In einem Schritt 302 wird ein Verstärkungsverhältnis K berechnet, das für die aktuelle Bearbeitung optimal ist, wobei eine Annäherungsgleichung erster Ordnung verwendet wird, wie sie nachstehend angegeben ist:
K = a1 · F + a2 · S + a3 · M + a4 · P.
Anschließend wird in einem Schritt 304 ein Verstärkungsverhältnis-Steuersignal S1, das abhängig vom berechneten Wert K bestimmt wird, an den Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung ausgegeben, wodurch das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 405 mit einstellbarer Verstärkung mit dem berechneten Wert K übereinstimmt. Es wird darauf hingewiesen, daß jeweilige optimale Werte der Koeffizienten a1, a2, a3 und a4 in der obigen Gleichung experimentell erhalten werden können.
Nach der Einstellung des Verstärkungsverhältnisses geht die Verarbeitung durch die Haupt-CPU 31 über die vorstehend genannten Schritte 120 bis 126 zu einem Schritt 130 weiter. Wenn im Schritt 130 ermittelt wird, daß der im Schritt 100 ausgelesene NC-Datenblock den Code X enthält, wird in einem Schritt 132 ermittelt, ob der Modus NOCKEN und der Modus SCHLEIFVORSCHUB gesetzt wurden oder nicht. Wenn die Modi NOCKEN und SCHLEIFVORSCHUB gesetzt wurden, wird in einem Schritt 136 ein Impulsverteilungsvorgang für die Erzeugung des Nockenprofils ausgeführt. Wenn die Modi NOCKEN und SCHLEIFVORSCHUB nicht gesetzt wurden, wird in einem Schritt 134 ein normaler Impulsverteilungsvorgang ausgeführt, bei dem keine Synchronisierung mit der Umdrehung der Arbeitsspindel ausgeführt wird.
Wenn das in Fig. 4 dargestellte NC-Programm als ein Beispiel verwendet wird, wird das Schleifrad G wie durch den Code G00 spezifiziert mit schneller Vorschubrate vorwärtsbewegt und abhängig vom Datenblock N010 an einer Absolutposition positioniert, die durch den Datenwert X25.0 spezifiziert wird. Abhängig vom nächsten Datenblock N020 wird der Bearbeitungsmodus wie durch den Code G51 spezifiziert auf den Modus NOCKEN gesetzt und es wird ein Nockenprofilprogramm ausgewählt, wie es durch einen Datenwert P2345 spezifiziert wird. Ferner wird gemäß dem Datenblock N030 der Vorschubmodus wie durch den Code G01 spezifiziert auf den Modus SCHLEIFVOR- SCHUB gesetzt und es wird eine Nockenschleifbearbeitung bis zu einer Absolutposition ausgeführt, wie sie durch einen Datenwert X22.5 spezifiziert wird. Der Codedatenwert F im Datenblock N030 repräsentiert das Ausmaß des Vorschubs des Schleifrades G innerhalb einer Umdrehung der Arbeitsspindel 13, und der Code R im selben Datenblock repräsentiert die Vorschubrate, mit der das Schleifrad G innerhalb einer Umdrehung der Arbeitsspindel 13 zu bewegen ist. Demgemäß wird, wenn das Ausmaß des Vorschubs und die Vorschubrate durch F0.25 bzw. R1.5 spezifiziert werden, das Schleifrad G mit einer schnellen Vorschubrate von 1,5 mm pro Arbeitsspindelumdrehung verstellt und es schleift das Werkstück W bis zur Tiefe von 0,25 mm pro Umdrehung der Arbeitsspindel. Da der gesamte Schleifhub in der Tiefe 2,5 mm beträgt und der Schleifhub in Tiefenrichtung pro Arbeitsspindelumdrehung 0,25 mm beträgt, wird die Arbeitsspindel 13 zehnmal verdreht, um das Werkstück W fertigzustellen. Aus der Beziehung zwischen der Vorschubrate und dem Ausmaß des Vorschubs ist erkennbar, daß der Einschneidvorschub des Schleifrades G pro Arbeitsspindelumdrehung gegeben ist, wenn sich die Arbeitsspindel 13 um einen vorgegebenen Winkel verdreht (der später als "Einschneidwinkel" bezeichnet wird), der extrem kleiner als 360º ist.
Die Verarbeitungen zur Nockenprofilherstellung werden abhängig von dem in Fig. 7 dargestellten Flußdiagramm ausgeführt. Das im Bereich 322 des RAMs 32 spezifizierte Profilprogramm legt durch eine Anzahl von Impulsen ein Vorschubausmaß fest, um das das Schleifrad G jedesmal dann nach vorne oder hinten zu bewegen ist, wenn sich die Arbeitsspindel 13 um einen Einheitswinkel von 0,5 Grad dreht. Zunächst werden in einem Schritt 200 alle Impulszahlen, die jeweils dem Einschneidvorschubausmaß pro jeweiligem Einheitsumdrehungswinkel (0,50) innerhalb des Einschneidwinkels entsprechen, abhängig von den Daten mit dem Code R berechnet. Danach werden durch aufeinanderfolgendes Ausführen eines Schritts 202 und der auf ihn folgenden Schritte Positionierdaten (d. h. Impulszahlen) und Ausgabefrequenzen für den Werkzeugschlitten 20 und die Arbeitsspindel 13 mit vorgegebenen Intervallen über den RAM 35 an die Treiber-CPU 36 ausgegeben. Die Haupt- CPU 31 gibt die nächsten Positionier- und Frequenzdaten jedesmal dann aus, wenn sie von der Treiber-CPU 36 ein Impulsausgabe-Abschlußsignal erhält.
Die Positionierdaten werden wie folgt erzeugt und ausgegeben: Wenn der Abschluß einer Impulsausgabe im Schritt 202 festgestellt wurde, folgt ein Schritt 204, um zu ermitteln, ob das Ende des Profilprogramms erreicht wurde oder nicht. Wenn das Ende des Profilprogramms nicht erreicht wurde, wird in einem Schritt 206 der nächste Profildatenblock ausgelesen, der die Impulszahl pro Einheitswinkelumdrehung repräsentiert, und dann wird in einem Schritt 208 ermittelt, ob der Einschneidvorschub innerhalb einer Umdrehung der Arbeitsspindel 13 abgeschlossen wurde oder nicht. Dies wird unter Bezugnahme auf den Codedatenwert F ermittelt. In diesem Fall wird ermittelt, ob der Einschneidvorschub innerhalb einer Umdrehung 0,25 mm erreicht hat oder nicht. Wenn der Einschneidvorschub innerhalb einer Umdrehung nicht abgeschlossen ist, wird ein Sollvorschub für die nächste Einheitswinkelumdrehung dadurch berechnet, daß in einem Schritt 210 zu den ausgelesenen Profildaten (d. h. der Impulszahl) ein Einschneidvorschub innerhalb der nächsten Einheitswinkelumdrehung addiert wird. Andererseits wird dann, wenn der Einschneidvorschub innerhalb einer Umdrehung abgeschlossen wurde, der Sollvorschub in einem Schritt 212 nur gemäß den ausgelesenen Profildaten eingestellt. Danach werden der Sollvorschub (d. h. die Impulszahl) und eine Ausgabefrequenz für den Werkzeugschlitten 20 pro Einheitswinkelumdrehung der Arbeitsspindel 13 in einem Schritt 214 über den RAM 35 an die Treiber-CPU 36 ausgegeben. Gleichzeitig werden eine konstante Impulszahl, die die nächste Einheitswinkelumdrehung abdeckt, und eine konstante Ausgabefrequenz für die Arbeitsspindel 13 über den RAM 35 an die Treiber-CPU 36 ausgegeben.
Zum Beispiel wird, wenn die Drehzahl der Arbeitsspindel 13 zu 20 U/ min spezifiziert ist, die Ausgabefrequenz der Arbeitsspindel 13 so festgelegt, daß sie 50 Impulse innerhalb 4 Millisekunden für 0,5 Grad Umdrehung ausgibt, während diejenige für den Werkzeugschlitten 20 so bestimmt wird, daß sie Impulse mit einer Anzahl ausgibt, die denselben Sollvorschub innerhalb derselben 4 Millisekunden überdecken.
Danach kehrt die Verarbeitung der Haupt-CPU 31 zum Schritt 202 zurück. Wenn im Schritt 204 festgestellt wird, daß die zuvor gelesenen Daten die letzten Profildaten sind, wird in einem Schritt 216 ermittelt, ob der gesamte Einschneidvorschub das programmierte Ausmaß erreicht hat, d. h. 2,5 mm in diesem speziellen Fall. Wenn der gesamte Einschneidvorschub das programmierte Ausmaß noch nicht erreicht hat, geht die Verarbeitung über einen Schritt 218 zum Schritt 206 weiter, um die vorstehend genannten Verarbeitungen wiederholt fortzusetzen. Im Schritt 218 wird die Ausleseadresse für die Profildaten auf den Startblock der Profildatenblöcke für den nächsten Umdrehungszyklus gesetzt. Wenn der gesamte Einschneidvorschub das programmierte Ausmaß erreicht, wird die Verarbeitung für das Nockenschleifen gemäß dem NC-Datenblock N030 beendet.
Während des vorstehend genannten Schleifvorgangs wird ein zur Sollvorschubrate proportionales Geschwindigkeitsaufschaltsignal Vf zur Addition in die Subtrahierschaltung 407 eingegeben, und der Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung wird auf das Steuersignal S1 von der Haupt-CPU 31 so betrieben, daß das Verstärkungsverhältnis dieses Verstärkers 405 mit einstellbarer Verstärkung eingestellt wird. Demgemäß kann das Ansprechverhalten des Vorschubsystems verbessert werden. Das Verhältnis des Geschwindigkeitsaufschaltsignals Vf zum Sollgeschwindigkeitssignal Vo kann auf einen Wert eingestellt werden, der für den Zustand geeignet ist, bei dem ein Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird.
Obwohl beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel das Geschwindigkeitsaufschaltsignal Vf proportional zur Sollvorschubrate ist, kann es andererseits nur proportional zur Beschleunigung der Sollvorschubrate oder sowohl zur Sollvorschubrate als auch zur zugehörigen Beschleunigung sein, wie durch die Fig. 8 und 9 veranschaulicht. Genauer gesagt, ist bei dem in Fig. 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eine Differenzierschaltung 410 zwischen den F/V-Umsetzer 404 und den Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung zwischengefügt. Daher ist das Geschwindigkeitsaufschaltsignal Vf an die Subtrahierschaltung 407 proportional zur Beschleunigungskomponente der Sollvorschubrate. Bei dem in Fig. 9 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind eine Differenzierschaltung 410 und ein weiterer Verstärker 411 mit einstellbarer Verstärkung, die in Reihe liegen, parallel zum Verstärker 405 mit einstellbarer Verstärkung geschaltet, und Ausgangssignale von beiden Verstärkern 405 und 411 mit einstellbarer Verstärkung werden durch eine Addierschaltung 412 addiert, bevor sie in die Subtrahierschaltung 407 gegeben werden. Der Verstärker 411 empfängt ein anderes Verstärkungsverhältnis-Steuersignal S2, das von der Haupt-CPU 31 auf ähnliche Weise wie das Steuersignal S1 bestimmt wird. So kann beim dritten Ausführungsbeispiel eine Kompensation für die sich ergebende Verzögerung bewerkstelligt werden, die durch die Sollvorschubrate und die zugehörige Beschleunigung hervorgerufen wird.

Claims

1. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung zum Verstellen eines Schlittens (20) mit einem Werkzeug (G) oder einem Werkstück (W) abhängig von numerischen Steuerdaten, welche Vorschubeinrichtung folgendes aufweist:

- einen Servomotor (23) zum Verstellen des Schlittens (20);

- eine Treibereinrichtung (403) zum Ansteuern des Servomotors (23);

- eine erste Erfassungseinrichtung (52) zum Erfassen des Ist-Vorschubs des Schlittens (20);

- eine zweite Erfassungseinrichtung (53) zum Erfassen der Ist-Vorschubrate des Schlittens (20) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals;

- eine Vorschubbefehlseinrichtung (30) zum Erzeugen von Vorschubstellsignalen abhängig von den numerischen Steuerungsdaten, wobei die Vorschubstellsignale einen Sollvorschub repräsentieren, um den der Schlitten (20) zu verstellen ist;

- eine Positionierregelungsabweichung-Erfassungseinrichtung (401, 402), die auf die von der Vorschubbefehlseinrichtung (30) ausgegebenen Vorschubstellsignale und den von der ersten Erfassungseinrichtung (52) erfaßten Istvorschub anspricht, um eine Positionierregelungsabweichung zu erfassen, die der Differenz zwischen den Vorschubstellsignalen und dem Istvorschub entspricht, und um ein Regelungsabweichungssignal auszugeben, das der Positionierregelungsabweichung entspricht;

- einen Geschwindigkeits-Aufschaltsignalgenerator (404), der auf die Vorschubstellsignale anspricht, um ein Geschwindigkeits-Aufschaltsignal zu erzeugen; und

- eine Subtrahiereinrichtung (407) zum Erzeugen eines Differenzsignals auf Grundlage des Regelabweichungssignals, des Geschwindigkeit-Rückkopplungssignals und des Aufschaltsignals, um das Differenzsignal an die Treibereinrichtung (403) auszugeben, wobei das Geschwindigkeitsaufschaltsignal zur Regelungsabweichung addiert wird, während das Rückkopplungssignal vom Fehlerabweichungssignal subtrahiert wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung ferner folgendes aufweist:

- einen Verstärker (405) mit einstellbarer Verstärkung, der zwischen dem Geschwindigkeits-Aufschaltsignalgenerator (404) und der Subtrahiereinrichtung (407) angeordnet ist, um das Geschwindigkeitsaufschaltsignal vom Geschwindigkeits-Aufschaltsignalgenerator (404) mit einem ihm zugeordneten Verstärkungsverhältnis zu verstärken, um die Subtrahiereinrichtung (407) mit einem verstärkten Geschwindigkeitsaufschaltsignal zu versorgen; und

- eine Verstärkungsverhältnis-Befehlseinrichtung (30) zum Erzeugen des Verstärkungsverhältnisses auf Grundlage mindestens eines sich auf die Bearbeitung des Werkstücks (W) beziehenden Parameters, um das Verstärkungsverhältnis an den Verstärker (405) mit einstellbarer Verstärkung auszugeben, wobei das Geschwindigkeitsaufschaltsignal proportional zu einer Sollvorschubrate und/oder zur Beschleunigungskomponente der Sollvorschubrate ist.

2. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Vorschubbefehlseinrichtung (30) erzeugten Vorschubstellsignale Stellimpulse aufweisen, deren Anzahl und Frequenz dem Sollvorschub bzw. der Sollvorschubrate entspricht.

3. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeits-Aufschaltsignalgenerator (404) folgendes aufweist:

- einen F/V-Umsetzer (404) zum Erzeugen eines Spannungssignals, das der Frequenz der von der Vorschubbefehlseinrichtung (30) erzeugten Stellimpulse entspricht.

4. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbefehlseinrichtung (30) und die Verstärkungsverhältnis-Befehlseinrichtung (30) durch eine numerische Steuerung (30) in Form eines Computers gebildet werden.

5. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuerung (30) in Form eines Computers folgendes aufweist:

- eine Einrichtung (302) zum Berechnen des Verstärkungsverhältnisses auf Grundlage verschiedener Parameter, die mindestens durch die Charakteristik der Werkzeugmaschine, die Form des Werkstücks (W) und die Zilevorschubrate bestimmt werden.

6. Numerisch gesteuerte Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner folgendes aufweist:

- eine zwischen den Geschwindigkeits-Aufschaltsignalgenerator (404) und den Verstärker (405) mit einstellbarer Verstärkung geschaltete Differenzierschaltung (410) zum Ausgeben der Beschleunigung der Sollvorschubrate an den Verstärker mit einstellbarer Verstärkung als das genannte Geschwindigkeitsaufschaltsignal.