Brevet FR2101233A1 — publié le 19720331

' 2101233 La présente invention est relative aux système de commande numérique pour machines-outils et plus particulièrement à une commande numérique utilisant un opérateur arithmétique unique multiplexe par un partage en temps de façon a réaliser une séquence 5 d'opérations sur des signaux de commande successivement pour chacun des axes d'une machine contrôlée suivant plusieurs axes. Les systèmes de commande numérique pour machine du type point à point utilisent en général plusieurs unités arithmétiques pour engendrer les signaux de commande qui sont appliqués aux mé-10 canismes associés à chacun des axes. Comme on le sait, les outils des machines-outils se déplacent en général suivant plusieurs axes et par conséquent leurs déplacements sont commandés par plusieurs mécanismes. Suivant la pratique courante il faudrait donc un opérateur arithmétique pour chaque axe contrôlé. 15 Suivant un exemple spécifique appartenant a l'art anté rieur, l'unité arithmétique exécute la fonction de comparer la position commandée à la position courante d'un berceau porte-outil en tenant compte de tout décalage qui peut être commandé et elle transfère le signal de sortie a un accumulateur. Le signal de 20 sortie est généralement appelé un signal d'erreur. L'accumulateur compare le signal d'erreur à chacun parmi plusieurs signaux de déclenchement pour modifier la vitesse de déplacement de l'outil au fur et à mesure que l'erreur diminue. Les points de déclenchement sont en général à des distances fixes de la position commandée et 25 en ces points des réductions de vitesse sont exécutées jusqu'au point final de déclenchement auquel l'excitation du moteur est coupée et l'outil peut parvenir en roue libre à la position commandée. La présente invention permet d'éviter cette multiplicité d'opérateurs arithmétiques. 30 Suivant un premier aspect l'invention concerne un pro cédé pour faire fonctionner le système de commande numérique d'une machine-outil fonctionnant suivant plusieurs axes et ayant des dispositifs associés à ces axes, pour répondre à des signaux de commande de position respectifs, procédé qui est caractérisé en ce que : 35 l'on applique les signaux de commande de manière séquentielle et à des intervalles fixes à un opérateur arithmétique pour réaliser une séquence d'opérations arithmétiqaes ; on exécute la séqence d'opérations d'une manière répétitive pour chaque signal de commande a l'intérieur de ces intervalles fixes ; et comme faisant partie de 40 cette séquence d'opérations, on compare les signaux engendrés par 71 26971 2101233 l'opérateur arithmétique à partir des signaux de commande à chacun d'au moins deux points de déclenchement pour déterminer la manière de commander les dispositifs» Suivant un second aspect, l'invention concerne un systè-5 me de commande numérique pour une machine-outil comportant une multiplicité de mécanismes commandés en position pour déplacer l'outil le long de ses axes respectifs de déplacement suivant le procédé ci-dessus, qui est caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens pour fournir des signaux de données relativement aux positions de 10 chacun des mécanismes ; un opérateur arithmétique pour produire des signaux d'erreur en position pour chacun de ces mécanismes et un multiplexeur pour appliquer les signaux de données de position a l'opérateur arithmétique dans une séquence en temps partagé suivant la commande de position le long des axes respectifs. 15 D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est données qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est un schéma-bloc d'un mode de réalisation d'une commande numérique pour machine-outil suivant la présente invention;et, 20 - la figure 2 est un diagramme de formes d'ondes illustrant la'^ïa'-existant entre les signaux employés dans le circuit de la figure 1. Le mode de réalisation de la figure 1 correspond à un système de commande numérique 10 pour la commande point à point de chaque axe d'une machine-outil 12 dont l'outil peut se déplacer 25 dans un système de trois axes orthogonaux. Le nombre trois n'est pas limitatif. Les déplacements suivant les axes sont introduits comme entrées au système 10 au moyen d'une baie de commande 14 ayant des entrées numériques appropriées pour les axes X, Y et Z de tout type connu. Les commandes qui sont introduites à l'aide de la baie 30de commande 14 sont transmises à une unité d'emmagasinage 16 ayant des bancs de registres 18, 19 et 20 pour les axes respectifs, X, Y et Z. Les commandes de position peuvent également-provenir d'un lecteur de bande. Chacun des bancs de registres à trois parties séparées : la première pour emmagasiner la commande d'entrée ; la 35 seconde pour emmagasiner un décalage d'outil s'il en existe un et la troisième pour emmagasiner la position courante de l'outil, cette dernière information étant reçue de l'outil au moyen d'une voie de réaction relative à la position. L'information numérique en provenance des bancs de registres 18, 1 9 et 20 est transmise à une uni-40 té de multiplexage 22 ayant des conducteurs de sortie 24, 25 et 26 71 26971 3 2101233 relatifs a la commande, au décalage et à la position et qui sont reliés à un opérateur arithmétique unique 28. La fonction de l'opérateur arithmétique unique 28 est de fournir un signal d'erreur multiplexe sur un conducteur 42 qui est proportionnel à la comman-5 de d'axe plus le décalage d'axe individuel moins la position courante du berceau de l'outil pour chaque axe contrôlé. Cette fonction ainsi que la fonction complémentaire qui consiste à comparer le signal d'erreur au signal correspondant à chaque point d'une multiplicité de poins de déclenchement est exécutée suivant une 10 séquence d'opérations sous le contrôle de signaux d'horloge qui sont reçus sur des conducteurs extérieurs 30 d'une pendule 31 disposée dans le multiplexeur 22» Ces points de déclenchement sont établis à des distances décroissantes de la position commandée au moyen d'une unité de con-15 trôle de points de déclenchement 52 ayant des conducteurs de sortie 34, 35 et 36 reliés à l'opérateur arithmétique 28. Les conducteurs de sortie sont connectés par l'intermédiaire de portes à coïncidence 38, 39 et 40 associées aux points de déclenchement respectifs 1, 2 et 3 pour laisser passer les signaux de déclenchement corres-20 pondants d'une manière séquentielle lors de l'apparition de signaux d'horloge en provenance de la pendule 31. Le conducteur de sortie 42 de l'opérateur arithmétique 28 est connecté à un accumulateur 44 qui fonctionne comme dispositif d'emmagasinage tampon pour le signal d'erreur d'axe. L'accu-25 mulateur 44 est connecté par un conducteur de sortie 46 à l'opérateur arithmétique si bien que le contenu de l'accumulateur peut être comparé aux points de déclenchement dont les signaux correspondants sont transmis a l'opérateur arithmétique par les conducteurs 34, 35 et 36. L'accumulateur 44 est connecté également à une 30 unité logique de signal d'erreur 48 qui distribue les commandes des axes X, Y et Z aux mécanismes individuels de l'outil 12 ainsi qu'à Une unité d'affichage de position 50. L'unité 48 est synchronisée avec les signaux d'horloge pour distribuer les signaux d'erreur aux axes appropriés. 35 Le multiplexeur 22 comprend une première série de portes HT 52, 54 et 56 disposées pour recevoir les signaux de la pendule 31 désignés par les nombres 1, 2 et 3 et pour recevoir les signaux de commande des registres 18, 19 et 20. Les sorties des portes ET52, 54 et 56 sont connectées en parallèle sur une porte 0U58 40 dont la sortie est représentée par le conducteur 2E4Î-. 71 26971 4 2101233 Une seconde série de portes ET 60, 62 et 64 est connectée pour recevoir les signaux de l'horloge 31 ainsi que les signaux de décalage X, Y et Z des registres 18, 19 et 20. Les sorties des portes ET 60, 62 et 64 sont connectées en parallèle à une porte OU 66 dont 5 la sortie est représentée par le conducteur 25. Une troisième série de portes ET 68, 70 et 72 est connectée pour recevoir les signaux de l'horloge 31 ainsi que les signaux de position courante des registres 18, 19 et 20. Les sorties des portes ET 68, 70 et 72 sont connectées en parallèle à une porte OU 74 dont la 10 sortie est représentée par le conducteur 26. Chacune des quantités de signaux de commande, de décalage et de position est transmise à l'opérateur arithmétique 28 par les conducteurs respectifs 24, 25 et 26 pour le calcul du signal d'erreur transmis sur le conducteur 42 en accord avec une séquence d'opérations que l'on va décrire. 15 Ce dispositif fonctionne comme suit : les trois lignes supérieures de la figure 2 représentent des formes d'ondes rectangulaires, décalées en phase les unes par rapport aux autres 76, 78 et 8o qui sont engendrées par l'horloge 31 pour être transmises sur les conducteurs respectifs I, 2 et 3. Ces trois ondes rectangulaires sont 20 appliquées aux portes ET 52, 54, 56, 60, 62, 64, 68, 70 et 72 pour le transfert en temps partagé des signaux de commande de décalage et de position des trois registres de contrôle d'axes 18, 19 et 20. Ces trois ondes rectangulaires sont également appliquées aux portes 38, 39 et 40 contrôlant les signaux des points de déclenchement pour 25 le transfert de l'information correspondante ; l'opérateur arithmétique 28. Pendant l'intervalle de temps où la forme d'onde 76 est au potentiel élevé, les portes 52, 60 et 68 sont qualifiées pour transférer les signaux relatifs a l'axe des X à l'opérateur arithmétique 30 28. Pendant l'intervalle de temps où la forme d'onde 78 est au potentiel élevé, les portes 54, 62 et 70 sont qualifiées pour transférer les signaux relatifs à l'axe des Y à l'opérateur arithmétique 28. Enfin pendant l'intervalle de temps où la forme d'onde 80 est au potentiel élevé, les portes 56, 64 et 72 sont qualifiées pour 35 transférer les signaux relatifs à l'axe des Z à l'opérateur arithmétique 28. La figure 2 représente en outre huit formes d'onde suplémentaires étagées dans le temps et désignées de TSI à TS8, ces formes d'ondes apparaissant sur les conducteurs successifs du câble 30 de la figure 40 I. L'impulsion TS2 succède à l'impulsion TSI dans le temps et l'im 71 26971 5 2101233 pulsion TS3 succède à l'impulsion TS2 dans le temps de telle façon que les huit impulsions TSI à TS8 surviennent successivement pendant l'intervalle de temps où la forme d'onde 76 est au potentiel élevé. i La seconde série d'impulsions TSI à TS8 survient pendant l'intervalle 5 de temps où la forme d'onde 78 est au potentiel élevé. La troisième série d'impulsions TSI à TS8 survient pendant l'intervalle de temps où la forme d'onde 80 est au potentiel élevé, puis le cycle précédent se répète. Les formes d'ondes de la figure 2 peuvent être aisément engendrées au moyen d'un oscillateur stabilisé et de lignes à 10 retard appropriées. La séquence des opérations qui survient dans l'opérateur arithmétique 22 est la suivante : l'arrivée de l'impulsion TSI provoque l'introduction de la donnée de position précédemment mesurée dans l'aire d'emmagasinage prévue à cet effet ; l'arrivée de TS2 provoque l'addi-15 tion algébrique des informations de commande et de décalage et l'emmagasinage de la somme dans l'accumulateur 44; TS3 provoqué la réalisation du complément de la somme précédente s'il est nécessaire et l'emmagasinage du résultat dans l'accumulateur 44; TS4 amène la position courante de l'outil suivant l'axe considéré à être sous-traité 20 du contenu de l'accumulateur et la différence a être emmagasinée dans l'accumulateur 44; TS5 provoque la réalisation du complément du signal différence s'il est nécessaire. Â cet instant l'accumulateur 44 contient le signal d'erreur. A l'arrivée de l'impulsion TS6 le contenu de l'accumulateur est comparé au signal correspondant au premier 25 point de déclenchement en provenance de la porte 38. Si la comparaison indique que le mécanisme a provoqué le déplacement du berceau de l'outil jusqu'à la position du point de déclenchement la vitesse du moteur qui provoque le déplacement du berceau est réduite. Ceci peut être réalisé de différentes façons comme par exemple une commutation 30 de courant. A l'époque TS7, le contenu de l'accumulateur est comparé au signal correspondant au second point de déclenchement en provenance de la porte 39 et la vitesse du moteur est réduite à nouveau si la comparaison montre que le second point de déclenchement a été atteint. A l'époque TS8, le contenu de 1'accumulateur 44 est comparé 35 au signal correspondant au troisième point de déclenchement et si ce point a été atteint on coupe l'excitation du moteur et l'outil parvient en roue libre à la position commandée. Cette séquence d'événements est répétée continuellement pour les signaux relatifs aux axes X, Y et Z pour commander continuellement la position de l'outil de 40 la machine en utilisant un seul opérateur arithmétique et de façon 71 26971 6 2101233 à simplifier le fonctionnement et le mode de fabrication. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 71- 26971 7 2101233 REVENDICATIONS 1. - Procédé pour le fonctionnement du système de commande numérique d'une machine-outil opérant suivant plusieurs axes et ayant des dispositifs aësociés a ces axes pour répondre a des signaux de commande de position respectifs caractérisé en ce que : l'on appli- 5 que les signaux de commande de manière séquentielle et à des intervalles fixes à un opératuer arithmétique pour réaliser une séquence d'opérations arithmétiques; on exécute la séquence d'opérations d'uae manière répétitive.pour chaque.signal de commande a l'intérieur de ces intervalles fixes; et comme faisant partie de cette séquence 10 d'opérations, on compare les signaux engendrés par l'opérateur arithmétique a partir des signaux de commande successivement à chacun des signaux correspondant a au moins deux points de déclenchement pour déterminer la manière de commander les dispositifs. 2. - Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que 15 l'étape qui consiste à appliquer les signaux de commande comporte les étapes de : présenter les signaux de commande a une multiplicité de portes-, engendrer des signaux d'horloge étagés en phase pour définir les intervalles et appliquer les signaux d'horloge aux portes. 3. - Commande numérique pour une machine-outil comportant une 20 multiplicité de mécanismes commandés en position pour déplacer l'outil le long de ses axes respectifs de déplacement suivant le procédé de la revendication I. ou 2., caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour fournir des signaux de données relativement aux positions de chacun des mécanismes; un opérateur arithmétique pour produire des 25 signaux d'erreur en position pour chacun de ces mécanismes et un multiplexeur pour appliquer les signaux de données de position à l'opérateur arithmétique dans une séquence en temps partagé suivant la commande de position le long des axes respectifs. 4. - Commande numérique suivant la revendication 3., caractérisés 30 en ce que les moyens pour fournir des signaux de données relative - ment aux positions de chacun des mécanismes comportent pour chaque axe : un registre d'emmagasinage de signaux de commande; un registre d'emmagasinage de signaux de décalage et un registre d'emmagasinage de signaux de position courante. 35 5. - Commande numérique suivant la revendication 4., caractérisée en ce que l'opérateur arithmétique produit un signal de sortie correspondant au signal de commande plus le signal de décalage moins le signal de position courante. 40 6. - Commande numérique suivant la revendication 5., caractérisés 71 26971 2101233 en ce que l'opérateur arithmétique est relié à une commande de point de déclenchement par l'intermédiaire de portes de points de déclenchement pour comparer son signal de sortie à au moins un signal de point de déclenchement pour chaque axe pour modifier le caractère de 5 la commande du mécanisme lorsque le point de déclenchement est atteint. 7. - Commande numérique suivant les revendications 3. et 6., caractérisée en ce que le multiplexeur comporte une multiplicité de portes à coïncidence entre les moyens pour fournir des signaux de 10 données et l'opérateur arithmétique et un générateur de signaux d'horloge relié aux portes à coïncidence, aux portes des points de déclenchement et à l'opérateur arithmétique.