<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Vorschubsteuerung von Werkzeugmaschinen
Bei den meisten Werkzeugmaschinen ist ein sogenannter Eilvorschub vorgesehen, mit dem vor der eigentlichen Bearbeitung der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück verringert wird. Zur Verhinderung von Werkzeugbrüchen oder Beschädigungen des Werkstückes war man bisher stets darauf bedacht, die Umschaltung auf die verminderte Arbeitsvorschubgeschwindigkeit so rechtzeitig vorzunehmen, dass auf keinen Fall das Werkzeug mit dem Werkstück während des Eilvorschubes in Eingriff gelangte. Dieses Verfahren erforderte eine grosse Sorgfalt und Erfahrung des Bedienungspersonals.
Die Vorschubumschaltung in der vorstehend genannten Art kann zwar auch selbsttätig mittels einstellbarer, auf die Vorschubsteuerung wirkender Betätigungsanschläge oder Betätigungsnocken erfolgen. Die Einstellung derartiger Betätigungsglieder, welche nach wie vor mit grosser Sorgfalt durchzuführen ist, gestaltet sich aber, insbesondere bei wechselnder Oberflächenform der einzelnen Werkstücke, recht zeitraubend. Hinzu kommt noch, dass die Umschaltung auf den Arbeitsvorschub bei einem gewissen Respektabstand zwischen Werkzeug und Werkstück zu erfolgen hat, so dass die Forderung nach optimal kurzen Fertigungszeiten grundsätzlich nicht erfüllt werden kann.
Es ist bei der Vorschubsteuerung von Werkzeugmaschinen bekannt, ein die Belastung des Werkzeuges erfassendes Messglied vorzusehen, dessen Ausgangsgrösse mit einem Wert verglichen wird, welcher der Maschinenbelastung bei nicht in Eingriff befindlichem Werkzeug entspricht. Wird diese Schwelle von der Ausgangsgrösse des Messgliedes überschritten, dann erfolgt eine selbständige Umschaltung von Eilvorschub auf Arbeitsvorschub.
Während des Bearbeitungsvorganges kann es aber nun infolge einer zu gross gewählten Zustellung oder bei unterschiedlicher Härte des Werkstückes vorkommen, dass die durch die Verformungsleistung auftretende Werkzeugbelastung eine maximal zulässige Grenze zu überschreiten droht und ein Werkzeugbruch zu befürchten ist. Dies soll durch die Erfindung vermieden werden.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vorschubsteuerung von Werkzeugmaschinen zur spanabhebenden Bearbeitung mit einem die Belastung des Werkzeuges erfassenden Messglied, dem zur selbsttätigen Umschaltung von Eilvorschub auf Arbeitsvorschub ein auf die bei Eingriff des Werkzeuges auftretende Belastungsgrösse dimensioniertes Schwellwertglied nachgeschaltet ist. Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, dass zu diesem ein zweites Schwellwertglied parallelgeschaltet ist, dessen Ansprechschwelle unterhalb der maximal zulässigen Belastung liegt und dem ein Stromkreis zur Verminderung der Zustellung und/oder des Vorschubes nachgeschaltet ist.
Als eine von der Verformungsleistung bzw. von der Werkzeugbelastung abhängige Grösse können sich bei einer Werkzeugmaschine die verschiedensten physikalischen Grössen anbieten, wie z. B. die Leistung des Antriebsmotors, der bei Werkzeugeingriff auftretende Ruck oder die Verzögerung des Antriebes.
Vorteilhaft für die Zwecke der Erfindung sollte allgemein die Verformungsleistung möglichst unmittelbar erfasst werden, d. h. unter weitestgehender Vermeidung von trägheitsbehafteten Umwandlungen in andere Hilfsgrössen, so dass ein Auftreten einer Verformungsleistung schnell erkannt wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Hiezu ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn zur Erzielung der für die verlässliche Vermeidung der Werkzeugüberlastung erforderlichen genauen Erfassung der Werkzeugbelastung das Messglied als Drehmomentgeber ausgebildet ist, der unmittelbar mit der Werkzeug- bzw. Werkstückspindel gekuppelt ist. Dadurch kann die von dem Werkzeug ausgeübte Zerspanungskraft unmittelbar erfasst werden.
Vorzugsweise bei Hobelmaschinen kann man in einer andern Ausgestaltung der Erfindung zur Erzielung der für die verlässliche Vermeidung der Werkzeugüberlastung erforderlichen genauen Erfassung der Werkzeugbelastung das Messglied als piezoelektrischen Kristall ausbilden, der auf einem Support angeordnet ist und auf dem ein Hobel-bzw. Drehstahl in Richtung der Zerspankraft abgestützt ist.
Die Verminderung des Vorschubes nach Ansprechen des zweiten Schwellwertgliedes kann auf relativ einfache Weise in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolgen, dass der Ausgang desselben an den Steuereingang eines Undgatters geführt ist, welches in einem Steuerkreis liegt, der durch einen an den Ausgang des ersten Schwellwertgliedes angeschalteten Spannungs-Frequenz-Umsetzer gespeist ist und der einen Frequenzteiler und den als vorzugsweise elektrohydraulischen Schrittmotor ausgebildeten Vorschubantrieb enthält.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung samt ihren Ausgestaltungen wird im folgenden an Hand eines sich auf das Längsdrehen eines Werkstückes beziehenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. l dieses Ausführungsbeispiel und Fig. 2 eine Realisierung eines im Ausführungsbeispiel verwendeten Schwellwertgliedes.
Gemäss Fig. l ist ein vorwiegend zylinderförmiges Werkstück --1-- auf seiner einen Seite in einem Drehmaschinenfutter --2-- eingespannt und auf seiner andern Seite mittels einer Reitstockspitze--3-gehalten. Ein aus einem Drehstromnetz-N-gespeister, mit-Mn-bezeichneter Antriebsmotor ist gegebenenfalls über ein Getriebe --4-- mit der Drehmaschinenspindel --5-- gekuppelt und lässt das Werkstück --1-- in der angedeuteten Drehrichtung --n-- entsprechend einem der Motorsteuereinrichtung --6-- vorgegebenen Wert n* rotieren.
Zur Bewegung des auf einem Support--7-- befestigten Schneidwerkzeuges--8-- in der mit --z-- bezeichneten Richtung dient ein Stellmotor-M--, der
EMI2.1
--9-- entsprechendSchrittmotor --34-- besteht. Ein Schrittmotor wandelt bekanntlich eine Impulsfolge in eine derartige Drehbewegung um, dass ihr Drehwinkel exakt der Anzahl der zugeführten Impulse und ihre Drehge- schwindigkeit demnach der Frequenz dieser Impulsfolge entspricht.
Der Eingang des Schrittmotors-Mx-ist über einen Schalter --10-- mit dem Ausgang eines Spannungsfrequenzumsetzers-11-verbunden, welcher seinerseits vom Ausgang eines schwellwertabhängig betätigten Schaltgliedes --12-- beaufschlagt wird, dessen Kennlinie, d. h. die Abhängigkeit seiner Ausgangsspannung --A-- von seiner Eingangsspannung --E--, in dem betreffenden Blocksymbol wiedergegeben ist. Danach wird bei Überschreiten
EMI2.2
niedrigeren Wert--A-- reduziert.
Zur eingangsseitigen Speisung des Schwellwertschaltgliedes --12-- sind drei Varianten angegeben.
In der gezeichneten Stellung einer Schaltbrücke --13-- steht der Eingang des Schwellwertschalters - über einenVerstärker-14-mit einem zwischen dem Getriebe --4-- und dem Drehmaschinenfutter --2-- angebrachten Drehmomentgeber --15-- in Verbindung. Bei diesem Drehmomentgeber - kann es sich um einen an sich bekannten, auf induktiver Basis oder unter Verwendung von Dehnungsmessstreifen arbeitenden Messumformer handeln. Wesentlich ist, dass der Drehmomentgeber --15-möglichst nahe dem Futter --2-- angeordnet wird, da dann eine besonders schnelle Erfassung des bei Beginn der Verformungsarbeit eintretenden Drehmomentanstiegs möglich ist.
Eine noch direktere und damit schnellere Messung der Verformungsleistung ist möglich, wenn der Eingang des Schwellwertschalters --12--, gegebenenfalls ebenfalls über einen Verstärker --18--, mit dem elektrischen Ausgangssignal eines piezoelektrischen Kristalls --16-- gespeist wird, auf den sich der Drehstahl--8-- in Richtung der Verformungskraft auf dem Support --7-- kraftschlüssig abstützt. Für Drehmaschinenantriebe mit kleineren umlaufenden Massen, insbesondere solchen ohne ein zwischen Antriebsmotor und Futter
EMI2.3
Zu diesem Zweck ist nach einer weiteren Variante in eine der Motorzuleitungen des Antriebsmotors ein entsprechender Messwertumformer, im einfachsten Fall ein Widerstand, geschaltet und mit dem Eingang des Schwellwertgliedes --12-- verbunden.
Die bisher beschriebene Anordnung hat folgende Wirkungsweise :
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Drehstahl-8--wird vonkleiner ist als seine Ansprechschwelle --El--'Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters --12-- weist daher den mit--A2--bezeichneten Maximalwert auf, und bei Betätigung des Einschalters --10-- wird sich der Support --7-- mit einer entsprechend grossen Eilvorschubgeschwindigkeit in Bewegung setzen, u. zw. so lange, bis die Spitze des Drehstahls --8--, ausgehend von einer eingestellten Zustellung-z -, beim Punkt-x--mit dem Werkstück-l-in Eingriff kommt.
Der dann einsetzende Anstieg des dem Antriebsmotor-M-abverlangten Drehmoments infolge der nun aufzubringenden Leistung wird von dem Drehmomentgeber --15-- erfasst und bewirkt, dass die Ansprechschwelle --El-- des Schwellwertschalters --12-- überschritten und dadurch seine Ausgangsspannung auf den Wert-A-herabgesetzt wird. Infolgedessen erscheint am Ausgang des Spannungsfrequenzumsetzers --11-- eine Impulsfolge entsprechend verminderter Frequenz, auf welche der elektrohydraulische Schrittmotor --1\-- praktisch sofort antwortet. Damit ist aber die selbsttätige Umschaltung in den Arbeitsvorschub erfolgtund ein Bearbeitungsprozess findet statt, bis am Punkt --X3-- eine Drehmomententlastung und damit eine Verminderung des Drehmomentgeberausgangssignals erfolgt.
Dadurch nimmt das Ausgangssignal --A-- des Schwellwertschalters --12-- wieder seinen höheren Wert an, ein erneuter Eilvorschub wird selbsttätig eingeleitet, und, analog wie zuvor beschrieben, wird nun beim Punkt-x-wieder selbsttätig auf Arbeitsvorschub umgeschaltet. Nach Beendigung des sich daran anschliessenden Bearbeitungsprozesses kann eine Drehrichtungsumkehr des Vorschubantriebs in nicht näher dargestellter Weise erfolgen, so dass der Drehstahl --8-- im Eilgang wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und ein erneuter Bearbeitungsschritt mit dem Zustellwert-z ;- erfolgen kann ; die Umschaltung in den Arbeitsvorschub wird dann beim Auftreffen des Werkzeuges auf das Werkstück --1-- an der Stelle --x2-- selbsttätig vorgenommen.
Zur Vermeidung von Werkzengbrüchen bei anfänglich zu gross vorgegebener Zustellung wird ein zweiter grenzwertschalter --19-- zusätzlich von einem der mit --15, 16 oder 17-bezeichneten Geber beaufschlagt ; somit wird bei Überschreiten einer der zulässigen Verformungsleistung entsprechenden
EMI3.2
in der Koordinatenrichtung --x-- gerichtet ist. Hiezu kann die Klemme --20-- sowohl mit der Klemme - als auch mit der Klemme --22-- verbunden werden.
Im ersten Fall erhält die Steuer- oder Regeleinrichtung --9-- bei Überschreiten der Ansprechschwelle --E2-- ein entsprechendes zusätzliches Verstellsignal, wogegen im zweiten Fall, d. h. bei Verbindung der Klemmen --20 und 22-- sowie senkrechter Kontaktstellung der sonst waagrechtliegenden Schaltbrücken --23 und 24-- das Ausgangssignal des Schwellwertschalters --19-- ein Undgatter --25-- für die Ausgangsimpulse des Spannungsfre- quenzumsetzers --11-- durchlässig steuert, so dass diese auf den Eingang eines Frequenzteilers --26-gelangen. Im dargestellten Beispiel besteht der Frequenzteiler aus einer bistabilen Kippstufe, wodurch eine Untersetzung ihrer Eingangsimpulse um den Faktor--2-- und damit eine Verminderung der Vorschubgeschwindigkeit um die Hälfte erfolgt.
Der Frequenzteiler kann auch aus mehreren hintereinander angeordneten bistabilen Kippstufen aufgebaut werden, um in an sich bekannter Weise eine noch grössere Untersetzung der Ausgangsimpulse des Spannungsfrequenzumsetzers --11-- zu erreichen. Unterschreitet bei abnehmender Verformungsleistung das Eingangssignal des Grenzwertschalters --19-- den Grenzwert - -Et-, so weist sein Ausgang das Signal Null auf. Dann ist das Gatter --25-- gesperrt, wohingegen das Undgatter--27-- durch das Ausgangssignal einer Umkehrstufe-28-- für die Ausgangsimpulse des Span- nungsfrequenzumsetzers-11-durchlässig wird und diese, so über die Leitung --29-- an dem Frequenz- teiler --26-- vorbeigeführt, in unverminderter Anzahl wieder den Eingang des Schrittmotors beaufschlagen.
Zweckmässigerweise wird in diesem Fall der mit dem Ausgang des Undgatters --27-- verbundene Ausgang der bistabilen Kippstufe --26-- durch das Ausgangssignal der Umkehrstufe --28-- in eine derartige Lage gebracht, dass er den Wert Null aufweist.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung lässt sich ohne weiteres auch bei Fräsmaschinen anwenden.
Es müssen nur die kinematischen Verhältnisse zwischen Werkzeug und Werkstück vertauscht werden, d. h. es rotiert hier das Werkzeug, während das Werkstück mittels des Vorschubs bewegt wird.
Aus der Darstellung nach Fig. 1 geht auch die Anwendung der erfindungsgemässen Einrichtung bei Hobelmaschinen hervor : Die Schnittrichtung des Werkzeuges wird in Richtung des Vorschubes gelegt, d. h. um 900 gedreht, wobei die Rotationsbewegung des Werkstückes dann entfällt. Zweckmässigerweise kommt hiefür die Variante zum Einsatz, bei welcher die Schaltbrücke --13-- den Schwellwertschalter
<Desc/Clms Page number 4>
- -12-- mit dem piezoelektrischen Kristall--16-- in Wirkverbindung bringt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann beachtliche Vorteile bei Hobelmaschinen bringen, da hier relativ häufig vom Eilgang in den Arbeitsgang umgeschaltet werden muss und insbesondere oft unregelmässige Werkstückoberflächen etwa nach Art der in Fig. 1 dargestellten Oberfläche zu bearbeiten sind.
In Fig. 2 ist eine Möglichkeit zur Realisierung des in Fig. 1 mit --12-- bezeichneten Schwellwertschaltgliedes gezeichnet. Es enthält einen durch einen Widerstand-RnT- mitgekoppelten elektronischen Differentialverstärker --30--, der mit einem Eingang einer aus zwei Dioden --32 und 33-- be- stehenden Ablöseschaltung verbunden ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Mitkopplung lässt sich ein zum Zweck schnellen Schaltens günstiges Kippverhalten des Verstärkers erzielen.
Dem Ver- stärker --30-- ist neben der positiven Eingangsgleichspannung --E-- eine konstante negative Gleichspannung der Grösse --El-- zugeführt. Bei fehlendem Eingangssignal--E-- weist die mit --31-- bezeichnete Ausgangsklemme des Differentialverstärkers-30-daher ein maximales positives Ausgangs- signal --A2-- auf, welches grösser ist als der Wert einer an die Anode der Diode --32-- gelegten positiven Gleichspannung +Al. Demzufolge ist die Diode --32-- gesperrt und das Ausgangssignal--A-- nimmt den Wert--A2-- an, den es so lange beibehält, bis eine in positiver Richtung wachsende Eingangs- spannung-E-die Zusatzeinspeisung--E-kompensiert und übersteigt.
In diesem Fall kippt das Ausgangssignal an der Klemme--31-- auf einen negativen Wert, wodurch die Diode --33-- der Ablöseschaltung in Sperrichtung beaufschlagt wird und bei durchlässig gesteuerter Diode --32-- an der Aus- gangsklemme --A-- der Wert --A-- erscheint. Durch Veränderung der konstanten Gleichspannungen - E. und Al lässt sich sowohl die Ansprechschwelle als auch das nach Überschreiten dieser Ansprechschwelle abgegebene Signal des Schwellwertschalters in weiten Grenzen einstellen, wodurch eine einfache Anpassung an die jeweils vorliegenden Anforderungen möglich ist. In analoger Weise lässt sich auch der Grenzwertschalter --19-- aufbauen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Vorschubsteuerung von Werkzeugmaschinen zur spanabhebenden Bearbeitung mit einem die Belastung des Werkzeuges erfassenden Messglied, dem zur selbsttätigen Umschaltung von Eilvorschub auf Arbeitsvorschub ein auf die bei Eingriff des Werkzeuges auftretende Belastungsgrösse dimensioniertes Schwellwertglied nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu diesem ein zweites Schwellwertglied (19) parallelgeschaltet ist, dessen Ansprechschwelle unterhalb der maximal zulässigen Belastung liegt und dem ein Stromkreis zur Verminderung der Zustellung und/oder des Vorschubes nachgeschaltet ist.