IT8421950A1

IT8421950A1 - Sistema di controllo a calcolatore per macchine utensili

Info

Publication number: IT8421950A1
Application number: ITMI1984A021950A
Authority: IT
Original assignee: Ae Plc
Priority date: 1983-07-23
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1986-01-19
Also published as: NL191102B; EP0132341A3; DK360384D0; AU571529B2; CH659609A5; ES8602265A1; ES534410A0; ES8506409A1; GB2143968B; ZA845617B; GB8417262D0; FR2549618B1; ES538440A0; EP0132341A2; DK168678B1; SE8403783D0; JP2708056B2; EP0132341B1; IT1176430B; DE3425181A1

Description

RILEGATA o <? z co * G? DESCKIZIOHE &v\0? L* invenzione ri giarda il controllo della lavorazione di pezzi in lavorazione tramite una macchina utensile, in cui l'utensile e pezzo da lavorare ruotano l'uno rispetto all'altro per produrre un profilo sagomato sul pezzo da lavorare? In questi ultimi anni, il controllo a calcolatore delle manchine utensili b stato largamente sviluppato? Il calcolatore produce una successione di segnali digitali che sono impiegati per posizionare l 'utensile per fornire un profilo richiesto sul pezzo da lavorare? In generale, il calcolatore calcola i B eguali digitali richiesti anticipatamente e li alimenta a una memoria ove essi sono conservati e alimentati in corrispondenza di momenti richiesti ad un sistema di spostamento ad utensile convenzionale il quale comprende una slitta dell'utensile spostata tramite un motore attraverso una vite di avanzamento? Fon ? sempre necessario che via sia una retroazione di posizione dell'utensile e pertanto il motore pu? essere un motore passo-passo ohe ? controllato facendo contare all 'indietro un registro contenente un segnale corrispondente al numero richiesto di passi del motore per produrre la posizione richiesta dell'utensile?

A oausa della velocit? di rotazione relativa comparativamente bassa fra l'utensile e il pezzo da lavorare, e a causa dell' assenza di una qualsiasi retroazione dell'utensile, la produzione dei segnali digitali pu? essere facilmente trattata da un calcolatore di modeste dimensioni? In aggiunta, l'inerzia della slitta ? sufficiente a livellare la natura a gradini del segnale applicato al motore?

Se, tuttavia, la velocit? di rotazione relativa dell'utensile e del pezzo da lavorare ? aumentata drasticamente, e se ? richiesto ohe l'utensi?

& le abbia ad alterare la sua posizione entro un giro, allora prevale una si tuazione completamente diversa? In primo luogo ? neoessarlo avere un utensile suscettibile di essere spostato in realt? in modo molto rapido; in altre parole un portautensili avente una bassa inerzia? Retroazione della posizione dell'utensile ? necessaria per garantire ohe la posizione dell'utensile abbia ad alterarsi con precisione entro oiascron giro? Con queste velocit?t i calcolatori convenzionalmente impiegati produrranno segnali di controllo di utensile digitali con una frequenza che ? insufficiente a consentire al portautensili di muoversi in conformit? con questi segnali} il portautensili dovr? avere una accelerazione infinita fra segnali successivi e ci? ? chiaramente non possibile? Il calcolatore perci? non ha la capacit? di produrre segnali con una frequenza sufficiente a consentire al portautensili di eseguire i movimenti richiesti?

Questa mancanza di capacit? dei calcolatori convenzionali determina l'ulteriore problema costituito dal fatto che il calcolatore non ? in grado di eseguire il controllo di retroazione richiesto mantenendo al tempo stesso le richieste e elevate velocit? di rotazione* Infatti, se al calcolatore ? richiesto di produrre segnali di controllo d'utensile digitali in corrispondenza di un numero sostanziale di posizioni entro un giro (come pu? essere necessario per definire molti profili richiesti), allora il calcolatore sar? generalmente non in grado di memorizzare tutti i secali digitali richiesti per l'operazione di lavorazione?

In generale, perci? , non ? stato in precedenza possibile lavorare profili complessi su un pezzo in lavorazione tramite controllo numerico di calcolatore con le velocit? richieste per la produzione commerciale

Una slmile lavorazione era in generale eseguita tramite macchine a seguioamma in cui una oasma sagomata ? contattata da un segui camma il cui movimento ? t raso? a so all'utensile? ha produzione delle oamne sagomate, tuttavia, richiede tempo ed & costosa, e l'impiego di canne rende non flessibile il processo? In aggiunta, la velooit? con la quale un se gai camma pu? seguire nw? camma ? limitata, poich? a elevate velooit? rotazionali il se gii camma pu? sollevare la oanma introduoendo cosi imprecisioni nel pezzo in lavorazione*

Seoo odo un primo aspetto dell'invenzione, ? fornito un sistema di oont rollo per una macchina utensile in cui un portautensili e un pezzo in lavorazione ruotano l'uno rispetto all'altro durante la lavorazione, il sistema di controllo comprendendo :un elaboratore per produrre da dati d' ingresso alimentati ad esso una successione di segnali digitali definenti posizioni riahieete successive del portautensill per lavorare un pezzo in lavorazione ed un profilo predeterminato, un processore di seguili per convertire detti aegiali digitali in un segnale oontinuo corrispondente, ed un sistema di controllo continuo ad anello ohiuso per ricevere il segnale oontinuo e per controllare il movimento del porteutensili in conformit? con esso?

Le difficolt? sono cos? evitate convertendo la successione prodotta in modo digitale di segiali di posizione di portautensili di ampiezza costante in un corrispondente segnale oontinuo e alimentando questo segiale ad un sistema di controllo continuo ad anello chiuso in modo tale che il controllo di retroazione non sia eseguito dall'elaboratore? In questo modo l'elaboratore pu? essere usato semplicemente per calcolare segnali di posizione richiesti del portautensill e metterli in uscita in oor rispondenza di in2

co <? tervalli di tempo richiesti? Ci? consente ad un microprocessore di eseere impiegato per controllare la lavorazione consentendo al tempo stesso alla lavorazione di avvenire con alta velocit? e con profili complessi non circolari? L'ut enei le ? azionato mediante un segnale continuo e pertanto non ? richiesto che abbia a muoversi con accelerazione infinita?

Seoondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, ? fornito un procedimento per lavorare un pezzo da lavorare o in lavorazione impiegando un portautensili , il pezzo da lavorare e il portautenaili' ruotando l'uno rispetto all'altro, il procedimento comprendendo: alimentare ad un elaboratore dati definenti un profilo richiesto del pezzo da lavorare , produrre dall'elaboratore una successione di seguali digitali definenti una accessione di posizioni richieste del portautenaili per lavorare il pezzo da lavorare a detto profilo, processare detta successione di segnali digitali per produrre un segnale continuo oorrispondente, alimentare detto segnale continuo ad un sistema di controllo ad anello chiuso e controllare il movimento del portautensili con detto sistema di controllo ad anello chiuso?

Quella ohe segue ? una descrizione pi? dettagliata di due fozme d? realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, con riferimento ai disegii acclusi nei quali*

la figura 1 ? uno schema a blocchi di massima di un primo sistema di controllo per l'impiego dalla lavorazione ad alta velocit? di un pezzo da lavorare per ottenere un profilo non circolare e

la figira 2 ? uno schema a bloochi di massima di un secondo sistema di oontrollo per l 'impiego nella lavorazione ad alta velooit? di un pezzo da lavorare per avere un profilo non circolare.

Facendo dapprima riferimento alla figura 1 , il pezzo da lavora^-""' re 10 ? fatto ruotare con alta velocit? tramite un azionamento 11 del pezzo da lavorare* La velooit? di rotazione del pezzo da lavorare pu? essere dell?ordine di 30 giri al secondo (3000 rpm)?

Il pezzo da lavorare 10 pu? essere uno sbozzato generalmente cilindrico come ad esempio uno sbozzato di pistone d?alluminio o di lega di alluminio? Il pezzo da lavorare deve eesere lavorato per avere un profilo non cilindrico che, ad? esempio, pu? avere sezione trasversale ovale o ellittica oon dimensioni assiali variabili lunga la lunghezza assiale del pezzo da lavorare per produrre un effetto ,rbotte"? In aggiunta, o alternativamente, pu? essere richiesto di formare lo sbozzato oon una pluralit? di porzioni superficiali in risalto? Si noter? ohe il grado di ovalit? o di effetto botte o altezza delle aree superficiali in risalto al di sopra del resto del pistone pu? essere in realt? molto picoolo; dell?ordine di solo qualche micron o decimi di micron?

Alternativamente il pezzo da lavorare pu? eeeere uno sbozzato (non rappresentato) per formare una superficie di supporto? Questo pu? essere uno sbozzato cilindrico la cui superficie esterna o interna deve essere lavorata ad un profilo non cilindrico ri dii e sto oppure una superf?cie generalmente piana giacente in un piano generalmente perpendicolare al suo asee di rotazione e ohe deve essere lavorata cui un profilo non piano richiesto per formare un cuscinetto di spinta?

Il pezzo da lavorare 10 viene lavorato tramite un utensile 26 ohe sar? descritto pi? dettagliatamente in seguito e che ? mobile radialmente verso il pezzo da lavorare 10 e in allontanamento da esso (posizione R ) tramite un sistema di controllo ad anello chiuso 22, die sar? pure descritto pi? McnojV dettagliatamente in seguito? In aggiunta, un azionatore 29 di posizione Z ? previsto per spostare l'utensile 26 in una direzione (la direzione Z) parralle la all'asse di rotazione del pezzo da lavorare 10? Questo azionatore 29 della posizione Z pu? o eeeere controllato tramite segnali prodotti dal sistema di oontrollo oppure l' azionatore 29 pu? essere impostato per attraversare l'utensile 26 lungo il pezzo da lavorare 10 con una velocit? fissata? Prima della lavorazione sono preparati i dati di profilo d'ingresso che definiscono il profilo richiesto del pezzo da lavorare in corrispondenza di una successione di posizioni anulari attorno al pezzo da lavorare e in corrispondenza di una successione di posizioni assiali lungo il pezzo da lavorare? Angolarmente (in una direzione 0 ) il profilo pu? essere definito a intervalli attorno al pezzo da lavorare 10 come cadute o diminuzioni da un raggio massimo nominale? Oresti intervalli possono, ad esenpio, essere di 2,9? per un pistone o 0,9? per un cuscinetto* La diminuzione massima pu? essere di 1-5 mm in gradini di 0, 125 micron? Queste posizioni angolari possono essere definite in corrispondenza di una successione di posizioni assiali (Z) che sono distanziate fra loro di 10 mm lungo l'asse del pezzo da lavorare 10?

Quando il pezzo da lavorare ? simmetrico attorno a uno o pi? piani includenti l'asse di rotazione del pezzo da lavorare, ? solo necessario definire i dati d'ingresso per la porzione simmetrica iniziale? Ad esempio, quando la sezione trasversale deve essere ellittica, devono essere definiti solo dati d'ingresso per un segnento di 90? dell'iellisse fra i due piani di simmetria? In aggiunta, il profilo di sezione trasversale deve essere solo

? def inito in corrispondenza di quegli intervalli assiali ove vi ? una variazione non lineare nel profilo o nella velocit? di variazione del profilo?

I doti di profilo sono alimentati ad un dispositivo d'ingresso 12 di un calcolatore 13 e passano dal dispositivo d'ingresso ad una memoria 14 del calcolatore 13? Il calcolatore 13 pu? essere costituito da un microprocessore?

Il pezzo da lavorare viene poeto in rotazione e un codificatore 15 di posizione Q ed un codificatore 16 di posizione-Z alimentano alla memoria 14 in tempo reale segnali digitali definenti le posizioni 6 e Z del pezzo da lavorare 10 e dell 'utensile 26 rispetto a una data? Il codificatore 15 della posizione $ produce un eegnale ogni 2,5? (0,5?) di rotazione del pezzo da lavorare, il codificatore 16 della posizione Z produce un segnale o&ii 10 micron di movimento assiale dell'utensile 26?

In seguito alla ricezione dei segnali della posizione Z e della posizione Q, il calcolatore 13 produce un gruppo di bit corrispondenti alla posizione R richiesta dell'utensile, in corrispondenza della posizione (Z, ? ) per produrre il profilo richiesto del pezzo da lavorare* Il calcolatore 13 si comporta nel modo seguente* Se il pezzo da lavorare sta ruotando;, a 50 cicli al secondo e il codificatore 15 della posizione ? sta producendo un se&iale ogni 2,5?, allora il calcolatore 13 deve produrre un grappo di bit ogni 140 mioroseoondi? Naturalmente, per velocit? maggiori e profili pi? complessi, questo intervallo di teapo pu? essere inferiore a questo, ad esempio esBO pu? essere di 14 microsecondi? Poich? la memoria 14 non pu? in pratica memorizzare tutti i bit richiesti per definire il aompleto profilo del pezzo da lavorare 10, un'unit? di calcolo 17 del calcolatore 13 calcola qualche gruppo iniziale di hit dai dati d' ingresso contenuti nella memoria 14 e fa passare questi grappi iniziali alla memoria 14? da cui i gruppi iniziali sono emessi ad un prooessore 19 di segnali ?he sar? descritto pi? dettargli et amente in seguito? Durante il resto dell'intervallo di 140 microseconddi fra i gruppi, l'unit? di caloolo produce grappi di hit per posizioni future successive dell'utensile? Il numero di gruppi cosi prodotti dipende dal tempo disponibile entro ciascun intervallo e dalla oapaoit? della memoria 14 di ritenere tali gruppi?

Si noter? che la produzione di questi grappi dai dati d'ingresso comporter? interpolazione fra i dati d'ingresso poich? i gruppi poseono essere richiesti a intervalli che sono pi? pioooli degli intervalli in corrispondenza dei quali sono forniti i dati d'ingresso? In questo caso, l' interpolazione ? preferibilmente una interpolazione lineare, bench? si noter? ohe il calcolatore 13 potrebbe essere programmato per produrre qualsiasi altra interpolazione richiesta? In aggiunta, il calcolatore 13 sar? programmato per produrre gruppi per l 'intero profilo oirconferenziale del pezzo da lavorare anohe quando i dati d'ingresso definiscono solo una porzione di un profilo simnetrico? Ad esempio, (piando il profilo ? ellittico e i dati d'ingresso definiscono solo 90? dell'ellisse, l'unit? di caloolo 17 calcoler? gruppi attorno a tutto il profilo ellittico?

Si comprender? che, poich? non tutti i gruppi futuri sono calcolati prima dell'inizio della lavorazione, la memoria 14 non richiede una capacit? sostanziale, e la memoria 14 presente nei microprocessori correnti sar? adagiata nella maggior parte dei casi?

L'uso ita dal calcolatore 13 ? cosi una successione di gruppi di bit definenti posizioni successive dell?utensile prodotti in tempo reale in corrispondenza di intervalli di tempo determinati dai segnali dal codificatore 15 di posizione ? e dal oodifiootore 16 di posizlone-Z? Questa successione di gruppi di bit sono ricevuti da un convertitore 18 da digitale ad analogico il quale 00 Everte ciascun bit della successione di gruppi in un segnale di posizione del portautens?li di ampiezza costante corrispondente al valore del gruppo associato di bit e la durata di ciascun segnale di posizione del portautensili ? uguale all ' intervallo fra gruppi successivi?

Questa uscita (che ? effettivamente una serie di parti consecutive) viene alimaitata ad un convertitore 20 di passi o gradini del processore di segiall 19? Nel convertitore di passi o gradini 20, l'ampiezza di ciascun segnale viene memorizzata finch? non ? ricevuto il segiale immediatamente successivo? Hon appena l'ampiezza del seggale immediatamente successivo ? stata stabilita, il convertitore di gradini 20 fomisoe in uscita un segnale continuo che ha un valore iniziale uguale al. valore del primo segnai e ricevuto e ha un valore finale uguale al valore del segnale immediatamente successivo? Chiaramente, se vi ? una differenza di aspiezza fra i due segnali successivi, allora il seggale continuo aumenter? o diminuir? progressivamente fra questi valori iniziale e finale? Questo aumento o questa diminuzione possono essere lineari, ma non devono cessariamente essere tali?

L'uscita del convertitore 20 di gradini ? quindi un segnale continuo ohe varia progreBSivamente in maniera tale ohe alla fine di intervalli di tempo successivi uguali agli intervalli di tempo dei segiali digitali, l'ampiezza del segnale ? correlata ai valori suooesB?vi dei segnali digitali? Questo segnale oontinuo pu? essere quindi considerato oome un analoga della suooess?one di secali di posizione del portantensili rappresentanti la posi *o zione radiale richiesta dell'utensile 26 in oorrispondenza di una successione di posizioni ( ? , Z) sul pezzo da lavorare 10?

Qieeto segnale continuo viene alimentato sotto forma di un segnarle d'ingresso ad un dispositivo di controllo a retroazione 21 di un sistema d? controllo di utensile continuo ad anello chiuso 22? L?uscita del dispositivo di controllo a retroazione 21 ? alimentata ai un azionatore 23 dell'utensile che sposta 1?utenBile e il portautensili in una direzione radiale in conformit? con il seggale di uscita? L'uscita dell 'azionatore dell?utensile ? controllata tramite un trasduttore 24 di posizione radiale dell'utensile e un trasduttore 25 di velocit? radiale dell'utensile che forniscono seggali di retroazione di posizione dell'utensile e di velooit? dell'utensile al dispositivo 21 di controllo a retroazione che impiega (fuseti segnali di retroazione per modificare il segnale continuo dal processore 19 di seggali in conformit? con i seriali di retroazione.

Pertanto, il calcolatore 13 non deve trattare il controllo di retroazione del semiale di posizionamento dell'utensile? Ci? ? attuato in un modo puramente analogp nel sistema di controllo ad anello chiuso 22? Questo ? un altro fattore che consente al calcolatore 13 di essere un microprocessore mantenendo al tempo stesso elevate velooit? rotazionali e cambiamenti di posizione dell'utensile entro un giro*

Il funzionamento del convertitore di gradini 20 produce un ritardo di tempo nel sistema? Un ulteriore ritardo di tempo ? introdotto dall'inerzia dell'utensile 26 e dal port ante usile associato? In generale ci? non rappresenter? un problema poich?, essendo costanti, essi sposteranno semplioemenS v VCvToOk te il profilo attorno al pezzo da lavorare per un angolo p re determinato ;po e -similmente una o due delle posizioni ? successive; 2,5 o 5?? Pu? tuttavia capitare che sia richiesto un profilo di pezzo da lavorare che ha un orient amento spaziale particolare rispetto a una qualche altra caratteristica del pezzo da lavorare? Al esempio, quando il pezzo da lavorare 10 ? uno sbozzato di pistone, pu? essere richiesto che il profilo del pistone abbia un orientamento spaziale particolare rispetto ad una o&ratt eristica o particolare del pistone come ad esempio il foro per lo spinotto di biella? In questo caso l 'elaboratore 13 pu? essere programmato in maniera tale che le date posizioni da cui le posizioni dell'utensile sono calcolate siano deviate di una distanza uguale al ritardo di tempo nel sistema? Ci? porter? il profilo nell'orientamento spaziale richiesto?

L'azionatore 23 dell'utensile e il portautensili 26 possono assumere qualsiasi forma conveniente a patto che essi abbiano una largiezza di intervento consentente reazione al semiale di controllo con una velocit? sufficiente a spostare l'utensile alla posizione richiesta entro l'intervallo di tempo richiesto? Per questa ragione non ? possibile impiegare una slitta per utensile convenzionale spostata da un motore passo -passo attraverso una madrevite? Hon ? nemmeno possibile impiegare un meccanismo di tornio svizzero in cui un motore aziona un albero portante camme attraverso una madrevite, le camme ruotando per spostare i portautensili in posizione e fuori dalla posizione? In entrambi questi casi, l'inerzia ed il ritardo di tempo del sistema sono talmente grandi da impedire funzionamento riuscito? Poich? il Belale applicato a questi azionatoli ? un segiale continuo , non vi ? alcun problema relativo al richiedere che l'utensile abbia ad eseguire una accede5

?V J? reazione infinita* rr:

Esempi di azionactori di utensile 23 adatti includono un motore elettrico a elevata ooppia, a bassa inerzia con nn? oamma montata direttamente sull'albero di uscita e con una oamma poggiante direttamente su un portautensili montato girevolmente per spostare il portautensili contro la forte di una molla* Alternativamente, l? azionato re del portautensili pu? oompren dere un solenoide poggiante sul portatitene! li oppure l'utensile 26 pu?. essere montato direttamente sull ' ancoretta del solenoide* L'utensile pu? esse-r re montato su un* anco retta di un motore lineare* Un'ulteriore possibilit? ? che l'utensile 26 abbia ad essere spoetato mediante mezzi ultrasonici o magpetostrittivi o pneumatici in grado di reagire con sufficiente velocit?, cio? aventi una "larghezza di banda" o di intervento sufficientemente ampia* Si comprender? che il calcolatore 13 pu? essere programmato rapidamente e semplicemente per produrre qualsiasi profilo di pezzo da lavorareri chiesto* Infatti, tramite la previsione di una tastiera rappresentata con linea tratteggiata in corrispondenza di 27, ? possibile alterare il profilo del pezzo da lavorare durante la lavorazione* Si comprender? inoltre ohe non ? necessario che l'operazione di lavorazione sia quella di lavorare un pezzo da lavorare cilindrico; essa potrebbe lavorare ima superficie generalmente piana per avere un profilo non piano* In aggiunta, non ? necessario che sia l'esterno del pezzo da lavorare quello ohe deve essere lavorato; potrebbe essere l'interno del pezzo da lavorare*

La capacit? del sistema di controllo descritto precedentemente relativo allo spostare rapidamente l'utensile entro un giro di rotazione ad alta velocit?, consente di lavorare in modo molto preciso e rapido pezzi aventi qualsiasi profilo superficiale richiesto?

Si comprender? pure che non ? necessario che il pezzo da lavorarne abbia a ruotare? Sarebbe possibile avere il portautensili in rotazione e il pezzo rimanente stazionario?

In questo caso, i segnali di posizione 0 saranno ottenuti da un azionamento del portautensile, che sar? separato dall'azionamento che posiziona radialmente l'utensile?

Pu? essere desiderabile lavorare il pezzo 10 con due utensili simultaneamente? In questo caso possono essere previsti due sistemi di controllo del tipo descritto precedentemente con riferimento alla figura 1, ciascuno azionante un utensile rispettivo in conformit? oon un movimento richiesto dell'utensile? 4d esempio, vi possano essere tornitura e alesatura simultanee di un pezzo da lavorare, sfacci atura e tornitura o alesatura del pezzo stesso?

Si deve pure tener presente che per foxme complesse pu? essere desiderabile processare separatamente i segnali di posizione-Z e di posizione 0 ? Una disposizione adatta per questo soopo ? rappresentata in figura 2? In questa disposizione sono previsti due sistemi paralleli? Il primo sistema ? sostanzialmente come ? stato descritto precedentemente facendo riferimento alla figura 1 e comprende un calcolatore 13, un processore 19 dei seggali ed un sistema di controllo ad anello chiuso 22 che controllano la posizione radiale dell'utensile 26 (o la posizione dell'utensile in Tuia direzione)? Il calcolatore 13 ? alimentato con dati definenti la posizione radiale riohieBta dell'utensile in corrispondenza di varie posizioni (0, z). Il secondo sistema comprende un calcolatore 30 di posizione Z che riceve dati lOl ) c definiti dalla richiesta velocit? di spostamento dell'utensile 26 nella di-''"- ^ ' razione Z* Tali dati devono solo definire tale velocit? di spostamento in corri sponden za di vari plinti di cambiamento , l'elaboratore eseguendo interpolazione preprogr animata* Il calcolatore 30 emette secali di posizione che sono alimentati ad un azionatore 29 di posizione Z( che pu? essere un motore passo-passo, per far si che l 'utensile 26 abbia ad essere spostato con la velocit? richiesta* Poich? le richieste velocit? di spostamento o velocit? di variazione della velocit? di spostamento nella direzione Z sono relativonente basse, ? possibile impiegare un motore passo-passo oonvenzionale senza controllo di retroazione o una slitta idraulica o pneumatica azionata con una velocit? costante fra arresti di estremit? fissi*

La previsione di un sistema della posizione-Z separato consente di variare la velocit? di spostamento, il che pu? essere necessario quando il pezzo da lavorare ? costituito da materiali di durezza diversa che richiedono lavorazioni con velooit? diverse*

Si conprender? che in una qualsiasi delle forme di realizzazione descritte precedentemente e con riferimento ai disegni, il calcolatore pu? pure essere impiegato per controllare altre funzioni di lavorazione* Ci? pu? includere il controllo della velocit? di rotazione del pezzo da lavorare e/o il posizionamento e la rimozione di pezzi da lavorare, cosa che pu? essere attuata tramite braoci di robot*

R I V E N D I C A Z I O N I

1* Sistema di controllo per una macchina utensile in cui un portautensili e un pezzo da lavorare ruotano l'uno rispetto all'altro durante la lavorazione, del tipo conprendente un calcolatore (13) per produrre da dao fl? ti d'ingressi alimentati ad esBO, una successione di segiali digitali defi- U o

nenti posizioni successive richieste del portautensili per lavorare un pezzo da lavorare ad un profilo predeterminato, e caratterizzato dal fatto che b previsto un precessore (19) di segnali per oonvertixe detti segiali digitali in un segnale continuo corrispondente, e in un sistema di controllo oontinuo ad anello chiuso (22) per ricevere il segnale continuo e per controllare il movimento del portai tensili in conformit? con esso?

2* Sistema di controllo secondo la rivendi oazione 1, caratterizzato dal fatto che i segnali digitali sono prodotti durante oi escrono di una successione di intervalli di tempo uguali, ciascun segiale digitale essendo convertito in un segiale di posizione dell'utensile di ampiezza costante corrispondente al valore del segiale digitale associato, il processore (19) di seggali producendo il seguile continuo dalla successione di segnali di posizione dell'utensile d'aupiezza costante, il segnale continuo variando progressivamente in maniera tale, che alla fine di intervalli di tempo successivi, ciascuno uguale ed l'intervallo di tempo dei segiali di posizione dell'utensile, l'ampiezza del segiale oontinuo ? correlata ai valori successivi dei seguali di posizione delFutensile*

3? Sistema di controllo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che oiascun segiale digitale prodotto dal calcolatore (13), in ciascun intervallo di tempo, b costituito da un gruppo di bit rappresentativi della posizione richiesta del portautensili per quello intervallo, un convertitore da digitale ad analogico (18) essendo previsto per convertire i gruppi di bit in segnali di posizione del port aitensile*

4? Sistema di oontrollo secondo la rivendicazione 3? caratterizOl } ?>' zato dal fatto che il calcolatore inolude una memoria (14) par ricevere dati d'ingresso definenti un profilo richiesto del pezzo da lavorare, il calcolatore ( 13)> durante almeno alcuni di detti intervalli di tempo/ pr? ducendo, da detti dati, gruppi di hit corrispondenti ad alcune delle posizioni future richieste del portautensili, detti groppi essendo alimentati alla memoria (14), e il calcolatore fornendo pure in usoita da detta memoria durante ciascun intervallo di tempo, un gruppo di hit corrispondenti alla posizione richiesta del portautensili per quell'intervallo di tempo?

5? Sistema di oont rollo secondo una qual siasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto ?he ? inoltre prevista una retroazione (15) posizione del pezzo da lavorare per alimentare al calcolatore segnali digitali 00 r rispondenti alla posizione istantanea del pezzo da lavorare (io) rispetto ad una data posizione, la durata di detta successione di intervalli di tempo uguali essendo determinata da detti seriali di retroazione*

6* Sistema di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5? caratterizzato dal fatto che un pezzo da lavorare deve eesere lavorato ad un profilo che ? simmetrico attorno almeno ad un piano includente l'asse di rotazione relativa del pezzo del portautensile, il calcolatore (13) ricevendo dati definenti il profilo del pezzo da lavorare per sola una delle porzioni simmetriche, e il calcolatore (13) produoendo, da detti dati, segnali di posizione del portautensil? rappresentativi di posizioni richieste del portatitene ili' sia in detta una porzione che nella porzione e nelle porzioni rimanenti?

7? Sistema di controllo se aondo una qualsiasi delle rivendioazioIX?

o ( ) v ni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che il sistema di controllo ad anello chiuso (22) ha retroazione proporzionale (24, 25)?

8? Sistema di controllo secondo una qualsiasi delle rivendi 0 arcioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il sistema di controllo ad anello chiuso include un motore lineare (23) per ricevere il semiale continuo per spostare il portautensili in conformit? con esso?

9? Procedimento per lavorare un pezzo da lavorare impiegando un portautens?le, il pezzo e il portautensili' ruotando uno rispetto all'altro, del tipo comprendente l' alimentazione ad un calcolatore di dati definenti un profilo riohiesto del pezzo, produrre dal calcolatore una successione di segnali digitali definenti tuia successione di posizioni richieste del portautensili per lavorare il pezzo a detto profilo, caratterizzato dal fatto che detta successione di segnali digitali sono processati per produrre un segnale continuo corrispondente, detto segnale continuo essendo alimentato ad un sistema di controllo ad anello chiuso, e quindi il movimento del portautensili e s Bendo controllato con detto sistema di controllo ad anello chiuso*

10? Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto ohe il procedimento include inoltre il produrre dalla successione di segnali digitali, in ciascuno di una suooessione corrispondente di intervalli di tempo uguali, un segnale di anpiezza costante corrispondente ai segnali digitali, e processare detti seriali di posizione del portautensili' per produrre detto segnale continuo che varia progressivamente in maniera tale che in oorrispondenza della fine di intervalli d? tempo successivi uguali ad intervalli di tempo dei segnali di posizione del portautene?li , l'ampiezza del seggale ? correlata ai valori successivi dei segiali di posizione del portauteni J-sili?

11? Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il calcolatore ha alimentato ad essi dati definenti il profilo richiesto del pezzo da lavorare a intervalli che sono pi? grandi degli intervalli in corrispondenza dei quali seriali digitali sono prodotti, i dati d'ingresso essendo memorizzati in memoria del calcolatore, i dati d'ingresso, durante almeno alcuni degli intervalli di tempo ,eB8endo impiegati per calcolare ulteriori valori dei seggali di posizione del portautensile e necessari per produrre il profilo richiesto, detti valori futuri essendo alimentati alla memoria, e fornendo in uscita, durante oiascun intervallo, i segnali di posizione del portautensili corrispondente alla posizione richiesta del portautensili in quell ' intervallo emesso?

12? Procedimento secondo la rivendicazione 11? caratterizzato dal fatto che i segnali intermedi fra dati di profilo d' ingresso definiti sono calcolati tramite interpolazione lineare*

13? Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che un pezzo da lavorare viene lavorato per avere un profilo che ? simmetrico attorno almeno un piano includente l'asse di rotazione relativa fra l 'utensile e il pezzo da lavorare, il metodo comprendendo quindi l' alimentazione al calcolatore di dati di profilo definenti il profilo per una di dette porzioni simmetriche e calcolare entro il oaloolatore secali corrispondenti alle posizioni richieste dell'utensile per tutte le porzioni simmetriche?

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L'UFFICIO BREVETTI

25 SOUTH AliPTOK BUILDIHGS LOHDRA-

IO , il sottoscritto , essendo un ufficiale 4 -bit ameni e autorizzato in accordo con la Sezione 62( 3) della Logge s?i Brevetti o ibdeili, 190? 5 a firmar o o rilasciare certificivfci r.-sr eosvso ' dell 'Ssaminatore-Generale, col presente certifico ci:? 1 Allegato ? una copia fedele dei documenti come origlnarisM?nt e depositati in? relazione alla domanda di "brevetto qui identificata ?

In accordo con le leggi dei brevetti (ri-registxaziona delle So c?et?) 1982 so una Societ? nominata in questo certificato e in qualsiasi documento allegato, ? stata ri-registrata in base alla e s? ge delle Societ? 19B0 con lo st esso nome, di quello con il quale essa ? stata registrata immediatamente prima della ri-registrazione salvo per la sostituzione 0 1 : inclusione, la parte finale del nome includenti, le parola "pubiic limit e! company" o loro equivalenti in gallese, si riferisce al nome della Societ??? irt questo certificato ed . in qualsiasi documento- allogato saranno trattate come rifar editasi al nome con il quale ? coki stata r;?~ -registrata? - ' -

In accordo con le regole ls parole "pxiblic limite! company" .pos sono essere sostituite da p? l?c? ,plc, P.L.C* o PLC?,

La ri-registrazione in base alla legge delle societ? non costituisce una nuova entit? legale ma assoggetta la societ? a certe regole addizionali delle leggi sulle societ??

A TasriMDKIJarZA la mia firma

jsto rno

25 Aprile 1984

F.to Russell

L'UFFICIO BREVETTI

25 SOUTHAMPTON B> KDINGS, LONDRA.

lo, il eottoecritfbv essendo un uff temente autorizzato . in accordo con l? Sezione Lecme"'sui Brevetti e Modelli, 1907, a firmare e rilasciare,certifi conto de II'Esam inatore-Generale, col presente certifico che l'al una copia fedele de,i documenti come or iginar iamente dep az Ila domanda di brevetto qui identificata

IMONIANZA l? mia f i rme iwesto giorno

F .to

LEGGE SUI BREVETTI 1977

Modulo brevetti 1/77 (Rivisto 19&2) 23 luglio 1983

(comma 6,I6,I9)

1983

A I Contro I lore 19892

dell'Ufficio Brevetti

25 Southampton Bui fdings

Londra, WC2A IAY

RICHIESTA PER LA CONCESSIONE DI UN BREVETTO

8319892

LA CONCESSIONE DI UN BREVETTO VIENE RICHIESTA DAL SOTTOSCRITTO SULLA BASE DELLA PRESENTE DOMANDA I Riferimento del richiedente o del l'agente (inserirlo se c'?)

COTS CONTROL _ _ _ _ _

I I Titolo del l'Invenzione

e> controllo per macchine utensili

III Richiedente o richiedenti (vedere nota 2)

Nome (primo od unico richiedente) A? ?LC

Stato: Regno Unito Regione ??? . Codice ADP No?, indirizzo: Cawston House, Cawston Road, Rugby, Warwickshire CV227SB Inghilterra

Nome(del secondo richiedente se sono pi? di uno)

Stato Regione

Indirizzo

I V I nventore (vedere , Noti\ 3) ( a ) xkk?ocMabrKgd?iiit?c(dc)uc?q?KgKgx?L?XK?&aw

(b) un'attestaz i one de l Modu l o Br^vet t i 7/77 ?/verr? fornita

V. ^ I/ QM?~ QUELL'AGENTE (Vedere Nota 4)

Mathisen , Macara & Co? (Autori zzazi one Genera !?) Charter ed. Patent Agente ??

- r?yofl HOUBO, I^IUir-RP??l .!? ? - - - ? ? ?- ? -? ? VI Indirizzo di servizio (Vedere Nota 5)

Harrow, Middlesex .... ?? ". , ?

HA1 2ET ? "J'?" ?. - ???? "' ' ' ?' " " \

VII Dichiarazione della Priorit? (Vedere Nota 6)

Paese Data di deposito .Numero di deposito

Vili La domanda rivendica una data precedente in base alla Sezione 8(3), I2(6), I5(4) oppure 37(4) (Vedere Nota 7)

Domanda precedente o numero deI brevetto

Data di deposito . .

IX Controllare Ifelenco (da depositarsi dall'agente o richiedente)

A? La domanda contiene il seguente numero di fogli

1. Richiesta I fogl?o(i)

2. Descrizione _ 21 fogI?o(i)

3- Rivendicazione( i)S?.1?~(1V foglio(i) a seguire

4? Disegno(i) 2 informaifogIio(i)

5? Riassunto _ 2 fogl ?o(i V

B. La domanda come depositata ? fornita di

1. Documento di priorit? non richiesto

2. Traduzione del documento di priorit? non richiesto

3? Richiesta della ricerca a seguire

4? Asserzione della diehiarazione d'inventore o Diritto a richiedere a seguire

X Viene suggerito che la Figure ?? ,,1... dei disegni (se ce ne tono) debba accompagnare il riassunto quando pubblicato

XI Firma (Vedere Nota 8)

Mathisen Macara & Co?

NOTE

1. Questo modulo, quando completato, deve essere portato o inviato all'Ufficio Brevetti insieme con la tassa dovuta e due copie della descrizione dell'invenzione, e di eventuali disegni.

2. Inserire il nome e l'indirizzo di ogni richiedente. I nomi di persone fisiche devono essere indicati per esteso e il cognome 0 nome di famiglia deve essere sottolineato. I nomi di tutti

1 soci di una Ditt? devono essere forniti per esteso. Le Societ? devono essere indicate con la loro ragione sociale e 11 Paese di costituzione e, se appropriato, lo Stato di costituzione in detto Paese^deve essere indicato dove previsto . Dati completi di costituzione ., ad esempio 11 Una societ? organizzata e esistente secondo le leggi dello Stato del Delaware, Stati Uniti d'America, ", ragioni sociali, ad esempio "operando come compagnia xyz", nazionalit?, e nomi precedenti, ad esempio

"gi? nota come ABC Ltd. " non sono richiesti e non devono essere forniti. Inserire anche il codioe ADP se noto.

3. Quando il richiedente o i richiedenti ?/sono il solo inventore o i co-inventori, la dichiarazione (a),a questo scopo, al punto IV deve essere completata , e la dichiarazione alternativa (b) annullata. Se, tuttavia, questo non ? il caso, la dichiarazione (a) deve essere depennata e una dichiarazione verr? richiesta di essere compilata sul Modulo Brevetto 7/77.

4. Se il richiedente ha designato un agente per agire a nome suo, il nome e l'indirizzo di lavoro di quest'agente devoao essere indicati negli spasaft disponibili V e VI. Inserire ugualmente il codice ADP dell'agente, se noto, nella casella prevista.

5. Un indirizzo di servizio nel Regno Unito, dove inviare tutti i documenti, deve essere indicato al punto VI. E' consigliato di fornire un numero telephpnico se un agente non ? stato designato 6. la dichiarazione di priorit? al punto VII deve indicare la data del deposito precedente e il paese dove ? stato effettuato ed indicare il numero di domanda, se disponibile.

7. Quando una domanda ? depositata secondo gli articoli 8(3)? 12(6), 15(4), o 37(4), l'articolo appropriato deve essere indicato al punto Vili e il numero della domanda precedente o di qualsiasi brevetto concesso su detta domanda deve essere indicato.

8.Si attira l'attenzione su le regole 90 e 106 del Regolamento sui Brevetti 1982.

9, L'attenzione dei richiedenti ? attirata sulla necessit? di evitare la pubblicazione di invenzioni riguardanti qualsiasi articolo, materiale o dispositivo concepito o adattato per uso bellico (Atti Segreti Ufficiali 1911 e 1920). Inoltre, dopo che una domanda per brevetto ? stata depositata all'Ufficio Brevetti, il controllore dovr? esaminare se la pubblicazione o comunicazione dell'invenzione deve essere vietata o limitata secondo l'art. 22 dell'Atto e informer? il richiedente se tale divieto ? necessario.

10. Viene ricordato ai richiedenti residenti nel Regno Unito che, secondo l'art. 23ydomande di brevetto non possono essere depositat all'estero senza una autorizzazione scritta o a meno che

non aia stata depositata ynon meno di sei settimane prima nel Regno Unito, una domanda di brevetto per la medesima invenzione, e che nessun avviso di divieto di pubblicazione o comunicazione sia stato emesso o qualsiasi istruzione analoga sia stata ricevuta.

DESCRIZIONE DEL BREVETTO

RICHIEDENTI : AE PIO

TITOLO: ??)IL CROLLO DI MACCHINE UTENSILI

TITOLO ABBREVIATO: COTS CONTROL

NUMERO DI DOMANDA:

DEPOSITATA:

PRIORIT?? RIVENDICATE: NESSUNA

MATHISEN, MACARA.& CO. Lyon House, Lyon Hoad Harrow, Middlesex.

HA1 2ET

Agenti per i Richiedenti

tCflM7^LLo Di M A-CC-t? l Wf vTS VSl L I ?B8BgB?ZIOTE

L'Invenzione riguarda il controllo della lavorazione di pezzi in lavorazione tramite una macchina utensile, in cui l'utensile e pezzo da lavorare ruotano l'uno rispetto all'altro per produrre un profilo sagomato sul pezzo da lavorare? In questi ultimi anni, il oont rollo a calcolatore delle macchine utensili ? stato largamente sviluppato? Il calcolatore produce una successione di segnali digitali che sono impiegati per posizionare l'utensile per fornire un profilo richiesto sul pezzo da lavorare? In generale, il calcolatore calcola i segnali digitali richiesti anticipatamente e li alimenta a una memoria ove essi sono conservati e alimentati in corrispondenza di momenti richiesti ad un sistema di spostamento ad utensile convenzionale il quale conprende una slitta dell'utensile spostata tramite un motore attraverso una vite di avanzamento? Hon ? sempre necessario che via sia una retroazione di posizione dell'utensile e pertanto il motore pu? essere un motore passo-passo ohe ? controllato facendo contare all' indietro un registro contenente un segnale oorrispondente al numero richiesto di passi del motore per produrre la posizione richiesta dell'utensile?

A causa della velocit? di rotazione relativa comparativamente bassa fra l'utensile e il pezzo da lavorare, e a csusa dell'assenza di una qualsiasi retroazione dell'utensile, la produzione dei segnali digitali pu? essere facilmente trattata da un calcolatore di modeste dimensioni? In aggiunta, l'inerzia della slitta ? sufficiente a livellare la natura a gradini del semiale applicato al motore?

Se, tuttavia, la velooit? di rotazione relativa dell'utensile e del pezzo da lavorare ? aumentata drasticamente, e se ? richiesto che l'utensile abbia ad alterare la sua posizione entro un giro, allora prevale una eituazione completamente diversa? In primo luogo ? necessario avere un utensile suscettibile di essere spoetato in realt? in modo molto rapido ; in altre parole un portsutensili avente una bassa inerzia* Retroazione della posizione dell'utensile ? necessaria per garantire ohe la posizione dell'utensile abbia ad alterarsi con precisione entro oiasoun giro* Con queste velocit?, i calcolatori oorrven zionalmente impiegati produrranno segnali di controllo di utensile digitali con una frequenza ?he ? insuf fidente a consentire al portautensili di nuoversi in conformit? con questi segnali; il portantensili dovr? avere una accelerazione infinita fra segnali successivi e d? ? chiaramente non possibile* Il calcolatore perd? non ha la oapacit? di produrre salpali con una frequenza sufficiente a consentire al portautensili di eseguire i movimenti richiesti*

Questa mancanza di capacit? dei calcolatori convenzionali determina l'ulteriore problema costituito dal fatto che il caloolatore non ? in grado di eseguire il controllo di retroazione richiesto mantenendo al tempo stesso le richieste e elevate velocit? di rotazione* Infatti, se al calcolatore ? richiesto di produrre segnali di controllo d'utensile digitali in corrispondenza di un numero sostanziale di posizioni entro un giro (come pu? essere necessario per definire molti profili richiesti), allora il calcolatore sar? generalmente non in grado di memorizzare tutti i segnali digitali richiesti per l'operazione di lavorazione*

In generale, perd?, non ? stato in precedenza poss?bile lavorare profili complessi su un pezzo in lavorazione tramite controllo numerico di calcolatore con le velocit? richieste per la produzione oomnerolale*

Una slmile lavorazione era in generale eseguita tramite macchi? ne a se gaio anima in cui una camma Sagomata ? contattata da un segui camma il cui movimento ? trasmesso all'utensile? La produzione delle o arane sagomate, tuttavia, richiede tempo ed ? costosa, e l'impiego di canne rende non flessibile il processo? In aggiunta, la velocit? oon la (male un se gai camma pu? seguire HM camma ? limitata, poich? a elevate velocit? rotazionali il seguicamma pu? sollevare la oanma introducendo cos? imprecisioni nel pezzo in lavorazione?

Se conio un primo aspetto dell'invenzione, ? fornito un sistema di controllo per una macchina utensile in cui un portautensili e un pezzo in lavorazione ruotano l'uno rispetto all'altro durante la lavorazione, il sistema di controllo comprendendo :un elaboratore per produrre da dati d* ingresso alimentati ad SSBO una successione di segnali digitali definenti posizioni richieste successive del portautensill per lavorale un pezzo in lavorazione ed un profilo predeterminato, un processore di sagrali per convertire detti se g? ali digitali in un segnale continuo corrispondente, ed un sistema di controllo continuo ad anello chiuso per ricevere il segnale continuo e per controllare il movimento del porteutensili in conformit? con esso?

Le difficolt? sono cos? evitate convertendo la successione prodotta in modo digitale di segiali di posiziona di portautensili di ampiezza costante in un corrispondente segnale continuo e alimentando questo segiale ad un sistema di controllo continuo ad anello chiuso in modo tale che il controllo di retroazione non sia eseguito dall'elaboratore? In questo modo l'elaboratore pu? essere usato semplioemente per calcolare segnali di posizione richiesti del portautensili e metterli in uscita in corrispondenza di intervalli di tempo richiesti* Ci? consente ad un mioroprocessore di essere impiegato per controllare la lavorazione consentendo al tempo stesso alla lavorazione di avvenire con alta velocit? e con profili complessi non circolari? L'utensile 3 azionato mediante un segnale continuo e pertanto non ? ri ohi e sto che abbia a muoversi con aocelerazione infinita?

Secondo un ulteriore aspetto del l'invenzione, 3 fornito un pr?? aedintaito per lavorare un pezzo da lavorare o in lavorazione impie^mdo un portoitenb^li , il pezzo da lavorare e il portanteneili' luotando l'uno rlspet-? - -vo* S

to all' altro, \1 procedimento comprendendo : alimentare ad un elaboratore da-

# M ? - \ /

ti definenti un profilo richiesto del pezzo da lavorare , produrle dall'el&bo-1 y /

retore una successione ai seriali digitali definenti iwa successione di posizioni richieste del portautexmili per lavorare il pezra'aa lavorare a detto profilo, processare detta successione di seggali digitali per produrre un semiale oontinuo corrispondente, alimentare dett^/segiale continuo ad un sistema di controllo ad anello ohiuso e cont icp?dre il movimento del portali tensili con detto sistema di controllo ad anello chiuso?

Quella che segue ? una descrizione piuMettagLiata di due fonne di realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, con riferimento ai diselli acclusi: nei quali:

la figura 1/e uno schema a blocchi di massima di un'primo siste-/ \i ma di controllo per/l 'impiego dalla lavorazione ad alta velocit? di. ?^? pezzo da lavorare per/ottenere un profilo non circolare e

La figura 2 3 uno sohema a blocchi di massima di un secondo sistema di cffnt rollo per l 'impiego nella lavorazione ad alta velocit? di un pezzo da /lavorare per avere un profilo non circolare?

Il calcolatore pu? produrre, in ogni intervallo di tempo, un gruppo di bit rappresentativi della posizione del portautensile richiesta per quell'intervallo, un convertitore da digitale ad analogico essendo pre visto per convertire i gruppi dei bit nei segnali di posizione del poi? tautensile.

Preferibilmente il calcolatore comprende una memoria per ricevere dati di ingresso definenti un profilo del pezzo di lavorazione richiesto, il calcolatore, durante almeno aloune di una successione di intervalli di tempo, producendo da detti dati una pluralit? di gruppi di bit corrispondenti ad alcune delle posizioni future richieste del portautensile, detti gruppi essendo inviati alla memoria ed il calcolatore immette an che da detta memoria un gruppo corrispondente alla posizione richiesta del portautensile durante ogni intervallo.

Una retro alimentazione della posizione del pezzo in lavorazione pu? e_s sere fornita inviando al calcolatore segnali digitali corrispondenti alla posizione istantanea del pezzo in lavorazione relativamente ad un dato, i segnali digitali di uscita essendo prodotti in intervalli di tempo determinati da detti segnali di retroazione.

Quando un pezzo da lavorare deve essere 'riprodotto secondo un profilo che ? simmetrico rispetto almeno un piano comprendente l'asse di rotazione relativodel pezzo da lavorare e il portapezzi, il calcolatore pu? ricevere dati definenti il profilo del pezzo da lavorare per solo una di dette porzioni simmetriche, il calcolatore producendo, da detti dati, segnali della posizione del portautensile rappresentativi delle posizioni richieste dell'utensile in entrambe detta una porzione e la ? *? > t . __

rimanente porzione o porzioni.

Il sistema di controllo ad anello chiuso pu? avere compensazione proporzionale, differenziale e integrale, un esempio del quale e la retro azione proporzionale e differenziale.

?'r"?*.?*,?>--*>*? ?*??? *j%-?*f-??* .r*.??**? ?

.|. Preferibilmente ijbsjprocedimento comprende l'aliraentazipne al calcola^ tore di dati definenti \1 profilo richiesto del pez^o da lavorare ad intervalli che sono pi? grandi degli intervalli/in corrispondenza dei quali i segnali digitali vengonoSprodotti,Jcdati di ingresso essendo memorizzati in una memoria del oalcob^tdre, il procedimento comprendendo in questo caso il calcolo dai dati di ingresso, in almeno alcuni de. gli intervalli di tempo, valori/ futuri dei segnali di posizione del por^ tautensile neoessariamenteyper produrre il profiloVrichiesto, ed emettendo, durante ogni intervallo, il segnale di posizionaidel portautensile corrispondent/ alla posizione richiesta del portautene^le

di quell'intel ailo.

In questo/aso, i segnali intermedi tra i dati del profilo di ingr?^^so definiti possono essere calcolati mediante interpolazione lineare.

Il procedimento pu? inoltre comprendere la lavorazione di un pezzo per te di tempo richiesti Ci? consenta ad un microprocessore di impiegato per contro lavorazione consent endo ^Hrempo stesso alla lavorazione di avvenire con alta velo on profili ????????? non circo lari? L'utensile ? mediante un segnale continuo e^oert anto non ? ri che abbi muoversi con accelerazione infinita*

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, e fornito un procedimento per lavorare un pezzo da lavorare o in lavorazione impiegando un port aittensili , il pezzo da lavorare e il portautenBili' ruotando l 'uno rispet? "'i V'??' "????

to all'altro^ il procedimento comprendendo: alimentare ad un elaboratore da-? ,"V: ~~ ^

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profilo, processare detta successione di segnai 1 digitali per produrre un segnale continuo corrispondente, alimentare detto segnale continuo ad un sistema di controllo ad anello chiuso e controllare il movimento del portautensi-2i con detto sistema di controllo ad anello CMUBO?

Quella che segue ? una descrizione pi? dettagliata di due forme di realiz ne dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, ncSn riferimento ai d?se acclusi nei quali

la figura 1 ? uno schema a blocchi di massima di un primo siste-?? [

ma d? controllo per l'impiega da^i?-^avora^idne ad alta velocit? di un pezzo da lavorare per ottenere un profilt?-lion ci?'eqlare e

la figura 2 ? uno schema a blocchi di m?ssima di un secondo sistema di controllo p^r^l 'impiego nella lavorazione ad alta vel^e^? di un pezzo da lavorartf per avere un profilo non circolare*

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rimanente porzione o porzioni.

Il sistema di controllo ad anello chiuso pu? avere compensazo?ne pr?? ??????&&1?? ??????????&?? tegraie un sempi el quale e la retro azione proporzionale a^differenziale

CZ 'V Preferibilmente il prooedimento comprende l'alimentazione al calcola tore di dati definenti il profilo richiesto del pezzo da lavorare ad intervalli che sono pi? grandi degli intervalli in corrispondenza dei quali i segnali digitali vengono prodotti, i dati di ingresso essendo memorizzati in una memoria del calcolatore, il procedimento coraprendendo in questo caso il calcolo dai dati di ingresso, in almeno alcuni da gli intervalli di tempo, valori futuri dei segnali di posizione del por tautensile necessariamente per produrre il profilo richiesto, ed emettendo, durante ogni intervallo,,il segnale di posizione del portautensile corrispondente alla posizione richiesta del portautensile? di quell'intervallo.

In questo oaso, i segnali intermedi tra i dati del profilo di ingresso definiti possono essere calcolati mediante interpolazione lineare.

Il procedimento pu? inoltre comprendere la lavorazione di un pezzo per ? ad

ottenere un profilo che ? simmetrico rispetto/almemo un piano compren dente l'asse di rotazione relativa tra l'utensile ed il pezzo di lavoro, fornendo al calcolatore i dati del profilo definenti il<P-9ofil? per tuia di dette porzioni simmetriche e calcolando entro il calcolatore segnali corrispondenti alle posizioni dell'utensile richieste per tut te le porzioni simmetriche.

invaili di tempo richiesti. Ci? consente ad un microprocessore di essere impiegate per controllare la lavorazione consentendo al tenpo stecco alla lavorazione ai avvenire con alta velocit? e con profili compiessi non circolari? L'utensile esaz io nato mediente un segnale continuo/e pertanto non ? riohiesto che abbia a muoversi con aooelerazione infinita?

Secondo un ulteraure aspetto dell'iznrenzione, e fornito un. pr?? cedimento per lavorare un pezzo d addavo rargr o in lavorazione impiegando un portautensili'', il pezzo da lavorare ey^bsportautensili1 ruotando l'uno rispetto all'altro, il procedimento comprendendo: aumentare ad un elaboratore dati definenti un profilo< rich^sto del pezzo da lavorare, produrre dall'elaboratore una successione dr segiali digitali definenti una^acces sione di posizioni richieste del/portautensili per lavorare il pezzo da la?^brare a detto profilo, processare detta successione di segnali digitali per piudu^s^e un se? ^iale continuo corrispondente, alimentare detto segnale continuo ad un sdiste? ma di/dontrollo ad anello ohiuso e controllare il movimento del portsutensi? con detto sistema di controllo ad anello chiuso?

Quella ohe segue ? una descrizione pi? dettagliata di due forme di realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, con riferimento ai diselli acclusi nei quali:

la figura 1 e tino schema a blocchi di massima di un primo sistema di controllo per l 'impiego daJ-la lavorazione ad alta velocit? di un pezzo da lavorare per ottenere un profilo non circolare e

la figura 2 ? uno schema a blocchi di massima di un secondo sistema di controllo per l 'impiego nella lavorazione ad alta velocit? di un pezzo da lavorare per avere un profilo non circolare?

Facendo dapprima riferimento alla fi gira 1 , il pezzo da lavorare 10 ? fatto ruotare con alta velocit? tremito un azionamento 11 del pezzo da lavorare* La velocit? di rotazione del pezzo da lavorare pu? eeeere dell'ordine di 50 giri al secondo (5000 rpm)?

Il pezzo da lavorare 10 pu? essere uno sbozzato generalmente cilindrico come ad esempio uno sbozzato di pistone d'alluminio o di lega di alluminio? Il pezzo da lavorare deve essere lavorato per avere un profilo non cilindrico che, ad esempio, pu? avere sezione trasversale ovale o ellittica con dimensioni assiali variabili lungp la lunghezza assiale del pezzo da lavorare per produrre un effetto "botte1*? In aggiunta, o alternativamente, pu? essere richiesto di formare lo sbozzato con una pluralit? di porzioni superficiali in risalto? Si noter? ohe il grado di ovalit? o di effetto botte o altezza delle aree siqperfioiali in risalto al di sopra del resto del pistone pu? essere in realt? molto piccolo; dell'ordine di solo qualche micron o deoimi di micron?

Alternativamente il pezzo da lavorare pu? essere uno sbozzato (non rappresentato) per formare una superficie di supporto? Questo pu? essere uno sbozzato cilindrico la cui superficie esterna o interna deve essere lavorata ad un profilo non cilindrico richiesto oppure una superficie generalmente piana giacente in un piano generalmente perpendicolare al suo asse di rotazione e ohe deve essere lavorata ad un profilo non piano richiesto per formare un cuscinetto di spinta*

Il pezzo da lavorare 10 viene lavorato tramite un utensile 26 che sar? descritto pi? dettagliatamente in seguito e die ? mobile radialmente verso il pezzo da lavorare 10 e in allontanamento da esso (posizione B ) tramite un Bistema di controllo 1 ad anello chiuso 22, che sar? pure descritto pi? dettagliatamente in seguito? In aggiunta, un azionatore 2? di posizione Z ? previsto per spoetare l'utensile 26 in una direzione (la direzione Z) par? rallela all'asse di rotazione del pezzo da lavorare 10? Questo azionatore 2^ della posizione Z pu? o essere controllato tramite segnali prodotti dal sistema di controllo oppure l? azionatore 2^ pu? eseere impostato per attraversare l'utensile 26 lungo il pezzo da lavorare 10 con una velocit? fissata?

Prima della lavorazione sono preparati i dati di profilo d'ingresso ohe definiscono il profilo richiesto del pezzo da lavorare in corrispondenza di una successione di posizioni angolari attorno al pezzo da lavorare e in corrispondenza di tuia successione di posizioni assi eli lungo il pezzo da lavorare? Angolarmente (in una direzione ? ) il profilo pu? essere definito a intervalli attorno al pezzo da lavorare 10 come cadute o disimi?

?\ zioni da un raggio massimo nominale? Qigsti intervalli poseon?, ad esenpio, essere di *2,5? per un pistone o 0,5? ??? un cuscinetto? La diminuzione massima pu? essere di 1-5 mm in gradini di 0, 125 micron? Queste posizioni angolari possono essere definite in oorrispondenza di una successione di posizioni aseiali (z) che sono distanziate fra loro di 10 mm lungo l'asse del pezzo da lavorare 10?

Quando il pezzo da lavorare ? simmetrico attorno a uno o pi? piani includenti l'asse di rotazione del pezzo da lavorare, ? solo necessario definire i dati d* ingresso per la porzione simmetrica iniziale? Ad esempio ,quan-\ do la sezione trasversale deve essere ellittica, devono essere definiti solo dati d'ingresso per>un segmento di 90? dellfielliese fra i due piani di simmetria? La aggiunta, il profilo di sezione trasversale deve essere solo

definito in corri spoiftle?za' di quegli intervalli assiali ove vi ? una variazio? ne non lineare nel profilo o nella velocit? di variazione del profilo?

I dati di profilo sono alimentati ad un dispositivo d'ingresso 12 di un calcolatore 13 e passano dal dispositivo d'ingresso ad una memoria 14 del calcolatore 13? Il calcolatore 13 pu? essere costituito da un microprocessore,

II pezzo da lavorare viene posto in rotazione e un codificatore 15 di posizione 0 ed un codificatore 16 di posizione-Z alimentano alla memoria 14 in tempo reale segnali digitali definenti le posizioni 6 e Z del pezzo da lavorare 10 e dell'utensile 26 rispetto a una data. Il codificatore 15 della posizione $ produce un segnale ogni 2,5? (0,5?) di rotazione del pezzo da lavorare, il codificatore 16 della posizione Z produce un segnale ogni 10 micron di movimento assiale dell'utensile 26?

In seguito alla ricezione dei segnali della posizione Z e della L

posizione 0/ il calcolatore 13 produce un gruppo di bit corrispondenti alla posizione R richiesta dell'utensile, in corrispondenza della posizione (z, 0 ) per produrre il profilo richiesto del pezzo da lavorare. Il calcolatore 13 si comporta nel modo seguente. Se il pezzo da lavorare sta ruotando;, a 50 cicli al seoondo e il codificatore 15 della posizione ? sta produoendo un semiale ogii 2, 5? ? allora il calcolatore 13 deve produrre un gruppo di hit ogii 140 microseoondi? Naturalmente, per velocit? maggiori e profili pi? complessi, (pie sto intervallo di tenpo pu? essere inferiore a questo, ad esempio esso pu? essere di 14 mioroBeoondi? Poich? la memoria 14 non pu? in pratica memorizzare tutti i hit richiesti per definire il completo profilo del pezzo da lavorare 10, un'unit? di oaloolo 17 del calcolatore 13 calcola qual* / j

che groppo iniziale di hit dai dati d' ingresso contenuti nella memoria 14 e fa passare questi gruppi iniziali alla memoria 14, da cui i gruppi iniziali sono emessi ad un pr? oe ss ore 19 di segnali che sar? descritto pi? dettargratamente in eegnito? Durante il resto dell'intervallo di 140 microseconddi fra i gruppi, l?unit? di oaloolo produce gruppi di hit per posizioni future successive dell'utensile? Il numero di gruppi cosi prodotti dipende dal tempo disponibile entro ciascun intervallo e dalla oapacit? della memoria 14 di ritenere tali gruppi?

Si noter? che la produzione di questi gruppi dai dati d'ingresso comporter? interpolazione fra i dati d'ingresso poich? i grippi possono essere richiesti a intervalli ohe sono pi? pi cooli degLi intervalli in corrispondenza dei quali sono fomiti i dati d'ingresso? In questo caso, l' interpolazione ? preferibilmente una interpolazione lineare, bench? si noter? ohe il calcolatore 13 potrebbe essere programmato per produrre qualsiasi altra interpolazione richiesta? In aggiunta, il calcolatore 13 sar? programmato per produrre gruppi per l 'intero profilo oirconferenziale del pezzo da lavorare anche quando i dati d'ingresso definiscono solo una porzione di un profilo siranetrioo? Ad esempio, quando il profilo ? ellittico e i dati d'ingresso definiscono solo 90? dell'ellisse, l'unit? di oaloolo 17 calcoler? gruppi attorno a tutto il profilo ellittico?

Si conprender? che, poich? non tutti i gruppi futuri sono calcolati prima dell'inizio della lavorazione, la memoria 14 non richiede una caparcit? sostanziale, e la memoria 14 presente nei microprocessori correnti sar? adegiata nella maggior parte dei oasi?

L'uscita dal calcolatore 13 ? cos? una successione di gruppi di "bit definenti posizioni ^successive dell'utensile prodotti in tempo reale in corrispondenza di intervalli di tempo determinati dai segnali dal codificatore 15 di posizione ? e dal oodifioabore 16 di posizione-Z. Questa successione di gruppi di bit sono rioevuti da un convertitore 18 da digitale ad analogico il quale converte ciascun bit della successione di gruppi in un segnale di posizione del portautensili di anpiezza ooetante corrispondente al valore del gruppo associato di bit e la durata di ciascun segnale di posizione del portantensili ? uguale all'intervallo fra gruppi successivi.

Questa uscita (ohe ? effettivamente una eerie di parti consecutive) viene alimentata ad un convertitore 20 di passi o gradini del processore di se g? ali 19. Nel convertitore di passi o gradini 20, l 'ampiezza di ciascun segnale viene memorizzata finch? non ? ricevuto il segnale immediatamente successivo. Non appena l'ampiezza del segiale immediatamente successivo ? stata stabilitat il convertitore d? gradini 20 fornisce in uscita un segiale continuo che ha un valore iniziale uguale al. valore del primo seggale ricevuto e ha un valore finale uguale al valore del segnale immediatamente successivo. Chiaramente, se vi ? una differenza di ampiezza fra i due segnali successivi, allora il seggale continuo aumenter? o diminuir? progressivamente fra questi valori iniziale e finale. Questo aumento o cruenta diminuzione possono essere lineari, ma non devono cessariamente eesere tali.

L'uscita del convertitore 20 di gradini ? quindi un segnale cont?nuo ohe varia progressivamente in maniera tale che alla fine di intervalli di tempo successivi ugiali agli intervalli di tempo dei segnali digitali, l'ampiezza del segnale ? correlata ai valori successivi dei segnali digitali. Questo segnale continuo pud essere quindi considerato come TU analoga della suecessione di segnali d I posizione del portautensili rappresentanti la posizione radiale richiesta dell'utensile 26 in oor rispondenza di una successione di posizioni ( ? | Z) sul pezzo da lavorare 10?

Qiesto segnale continuo viene alimentato sotto forma di un secarle d'ingresso ad un dispositivo di controllo a retroazione 21 di un sistema d? controllo di utensile continuo ad anello chiuso 22? L'usoita del dispositivo di controllo a retroazione 21 ? alimentata ad un azlonatore 23 dell'utensile che sposta l'utensile e il portautensili in una direzione radiale in conformit? oon il secale di uscita? L'uscita dell 'azionato re dell'utensile ? controllata tramite un trasduttore 24 di posizione radiale dell'utensile e un trasduttore 25 di velocit? radiale dell'utens?le ohe forniscono seggali di retroazione di posizione dell'utensile e di velooit? dell'utensile al dispositivo 21 di controllo a retroazione che impiega questi segnali di retroazione per modificare il segnale continuo dal processore 19 di segnali in conformit? oon i seriali di retroazione?

Pertanto, il calcolatore 13 non deve trattare il controllo di retroazione del secale di posizionamento dell'utensile? Ci? ? attuato in un modo puramente analogo nel sistema di controllo ad anello chiuso 22? Questo ? un altro fattore ohe consente al calcolatore 13 di essere un microprocessore mantenendo al tenq>o et esso elevate velocit? rotazionali e cambiamenti di posizione dell'utensile entro un giro?

11 funzionamento del convertitore di gradini 20 produce un ritardo di tempo nel sistema? Un ulteriore ritardo di tempo ? introdotto dall'inerzia dell'utensile 26 e dal portan tensile associato? In generale ci? non rappresenter? un problema poich?, essendo costanti, essi sposteranno semplicemente il profilo attorno al pezzo da lavorare per un angolo predeterminato} poseibilmente una o due delle posizioni ? successive; J2,5 o 5?? tuttavia oapitare che sia richiesto un profilo di pezzo da lavorare che ha un orient amento spaziale particolare rispetto a una qualche altra oaratteri etica del pezzo da lavorare? M esempio, quando il pezzo da lavorare 10 ? uno sbozzato di pistone, pu? essere richiesto ohe il profilo del pistone abbia un orientamento epa zi ale particolare rispetto ad una oaratt eristica o particolare del pistone come ad esempio il foro per lo spinotto di biella* In questo o aso l'elaborato re 13 pu? essere programmato in maniera tale che le d aite posizioni da cui le posizioni dell'utensile sono calcolate siano deviate di una distanza ugiale al ritardo di tenpo nel sistema? Ci? porter? il profilo nell'orientamento spaziale richiesto?

L'azionatore 23 dell'utensile e il portautensili 26 possono assumere qualsiasi forma conveniente a patto ohe essi abbiano una lordezza di intervento consentente reazione al segnale di controllo oon una velocit? sufficiente a spostare l'utensile alla posizione richiesta entro l'intervallo di tempo richiesto? Per questa ragione non ? possibile impietra una slitta per utensile convenzionale spostata da un motore passo -passo attraverso una madrevite? Non ? nemmeno possibile impiegare un meccanismo di tornio svizzero in cui un motore aziona un albero portante camme attraverso una madrevite, le oazme ruotando per spostare i portautensili in posizione e fuori dalla posizione? In entrambi questi casi, l'inerzia ed il ritardo di tempo del sistema sono talmente grandi da impedire funzionamento riuscito? Poich? il secale applicato a questi azionatoli ? un segiale oontizmo, non vi ? alcun problema relativo al richiedere ohe l'utensile abbia ad eseguire una aocelereazione infinita* ? "* r

Esempi di azionatori di utensile 23 adatti includono un motore elettrico a elevata ooppia, a bassa inerzia oon una camma montata direttamente sull* albero di uscita e oon una oamna poggiante direttamente su un portautensili montato girevolmente per spoetare il portautensili contro la folata di urta, molla* Alternativamente, l? azionato re del portautensili pu? compren dere un solenoide poggiante sul portautensili oppure l'utensile 26 pu?. essere montato direttamente sull ' anco retta del solenoide* L'utensile pu? essere montato su un* anco retta di un motore lineare* Un'ulteriore possibilit? ? che l'utensile 26 abbia ad essere spostato mediante mezzi ultrasonici o magietostritt ivi o pneumatici in grado di reagire con sufficiente velocit?, cio? aventi lina "larghezza di banda" o di intervento sufficientemente ampia* Si comprender? che il calcolatore 13 pu? essere programmato rapidamente e semplicemente per produrre qualsiasi profilo di pezzo da lavor areri chiesto* Infatti, tramite la previsione di una tastiera rappresentata oon linea tratteggiata in corrispondenza di 27, ? possibile alterare il profilo del pezzo da lavorare durante la lavorazione* Si comprender? inoltre ohe non ? necessario che l'operazione di lavorazione sia quella di lavorare un pezzo da lavorare cilindrico; essa potrebbe lavorare una superficie generalmente piana per avere un profilo non piano* In aggiunta, non & necessario che sia l'esterno del pezzo da lavorare quello ohe deve essere lavorato; potrebbe essere l'interno del pezzo da lavorare*

La capacit? del sistema di controllo descritto precedentemente relativo allo spostare rapidamente l'utensile entro un giro di rotazione ad alta velocit?, oonsente di lavorare in modo molto preciso e rapido pezzi aven? ti qualsiasi profilo do{f?r?ic??le riohieeto?

Si comprender? pure che non ? necessario che il pezzo da lavo r arre abbia a ruotare* Sarebbe possibile avere il portatitene ili in rotazione

e il pezzo rimanente stazionario?

In questo caso , i segnali di posizione 6 saranno ottenuti

da un azionamento del portautensile , che sar? separato dall'azionamento che posiziona radialmente l'utensile?

Pu? essere desiderabile lavorare il pezzo 10 con due utensili simultaneamente? In questo caso possono essere previsti due sistemi di controllo del tipo descritto precedentemente con riferimento alla figura 1, ciascuno azionante un utensile rispettivo in conformit? con un movimento richiesto dell'utensile? id esempio , vi possono essere tornitura e alesatura simultanee di un pezzo da lavorare, sfacoi atura e tornitura o alesatura del pezzo stesso?

Si deve pure tener presente che per forme complesse pu? essere desiderabile processare separatamente i seriali di posizione-Z e di posizione ? ? Una disposizione adatta per questo soopo ? rappre sentata in figura 2* In questa disposizione sono previsti due sistemi paralleli? Il primo sistema ? sostanzialmente come ? stato descritto precedentemente facendo riferimento alla figura 1 e comprende un calcolatore 13, un processore 19 dei segatali ed un sistema di controllo ad anello chiuso 22 che controllano la posizione radiale dell?utens?le 26 (o la posizione dell'utensile in una direu zione)? Il oaloolatore 13 ? alimentato oon dati definenti la posizione radiale riohiesta dell'utensile in corrispondenza di varie posizioni 2).

Il secondo sistema comprende un calcolatore 30 di posizione Z che riceve dati

Claims

? definiti dalla richiegt?rv?looit? di spostamento dell'utensile 26 nella direzione Z? Tali dati devono solo definire tale velocit? di spostamento in corrispondenza di vari punti di cambiamento , l'elaboratore eseguendo interpolazione preprogrammata? Il calcolatore 30 emette segnali di posizione ohe sono alimentati ad un azionato re 29 d? posizione Z, che pu? essere un motore passo-passo, per far s? che l 'utensile 26 abbia ad essere spostato con la velocit? richiesta? Poich? le richieste velocit? di spostamento o velocit? di variazione della velocit? di spostamento nella direzione Z sono relativamente basse, ? possibile impiegare un motore passo-passo convenzionale senza oontrollo di retroazione o una slitta idraulica o pneumatica azionata con una velocit? costante fra arresti di estremit? fissi, >

La previsione di un sistema della posizione-Z separato consente di variare la velocit? d? spostamento, il che pu? essere necessario quando il pezzo da lavorare ? costituito da materiali di durezza diversa che richiedono lavorazioni con velocit? diverse,

si conprender? che in una qualsiasi delle forme di realizzazione descritte precedentemente e con riferimento ai disegni, il calcolatore pu? pure essere impie^to per controllare altre funzioni di lavorazione? Ci? pu? includere il controllo della velocit? di rotazione del pezzo da lavorare e/o il posizionamento e la rimozione di pezzi da lavorare, cosa che pu? essere attuata tramite braoci di robot?

RIVEHDICAZIONI

1 Sistema Ilo per una maccfeifia utensile1 in cui un portautensili e un pezzo da rare ruotano aspetto all'altro durante la lavo: ie, del tipo comprendente un calcolatore (13) per produr dav