Maschine zur automatischen Bearbeitung eines Werkstückes gemäss einem vorbestimmten Profil Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur automatischen Bearbeitung eines Werk stückes gemäss einem vorbestimmten Profil mit min destens einem Werkzeug, welches das Werkstück in mehreren Durchgängen zu bearbeiten bestimmt ist.
Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine ist ge kennzeichnet durch Mittel zum Abtasten des Werk stückes hinter der Angriffsstelle des Werkzeuges am Werkstück, welche dabei ein Abtastsignal erzeugen, welches dem jeweiligen Profil des Werkstückes ent spricht, und durch Steuermittel, um die relative Lage des Werkzeuges in bezug auf das Werkstück während jedes auf den ersten Durchgang folgenden Durch ganges unter dem Einfluss des beim vorausgehenden Durchgang erhaltenen Signals so zu steuern, dass das Werkzeug am Werkstück je eine bessere Annäherung an das vorbestimmte Profil erzeugt.
In .der beiliegenden Zeichnung sind zwei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sche matisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen zu bearbei tenden Nocken, Fig. 2 das Schema des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 in grösserem Massstab ein Detail aus Fig. 2, Fig. 4 in grösserem Massstab die Schaltung eines Rechenwerkes und Fig.5 das Schema des zweiten Ausführungs beispiels.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 be zieht sich auf eine Maschine zum automatischen Be arbeiten eines Nockens gemäss einem vorbestimmten Profil. Es sei angenommen, dass die Maschine ein in Rotation zu versetzendes Werkstück mit dem ur sprünglichen Profil 1 bearbeiten soll, um einen Nok- ken mit einem Profil 2 zu erhalten (s. Fig. 1). Die Maschine ist mit einem Schneidwerkzeug 3 versehen, dessen Stellung von einem Servomechanismus 4 ge steuert ist. Der Servomechanismus bekommt Ein gangssignale von einem elektromagnetischen Steuer kopf 5, der ein endloses magnetisches Band 6 ab liest.
Ein zweiter elektromagnetischer Kopf 7, der in folgendem Kontrollkopf genannt wird, wirkt eben falls mit dem Band 6 zusammen, für das Antriebs- rollen 8, 9 und Führungsrollen 10-15 vorgesehen sind. Zwischen den beiden Köpfen 5 und 7 bildet das Band 6 eine lose Schleife. Durch die beiden separat angetriebenen Rollen 8, 9 wird die Einhaltung einer vorgeschriebenen Bandlänge zwischen den beiden Köpfen ermöglicht.
Das Band 6 könnte mit Lochun gen und die Rollen 8, 9 mit Zähnen versehen werden, wodurch ein zwangläufiger Antrieb erzielt wäre, oder eine Impulse abgebende Spur längs des Bandes könnte auf diesem aufgenommen sein, die in Verbindung mit entsprechend ausgebildeten Rollen ein magne tisches Äquivalent zu den Lochungen bilden können. Die Köpfe 5 und 7 sind in verschiedenen Ebenen an geordnet, so dass sie Signale von verschiedenen Spu ren des Bandes bekommen, welche mit 16 und 17 in Fig. 3 dargestellt sind. Diese Figur zeigt einen Teil der Oberfläche des Bandes 6. Die Spur 16 ist erste Steuerspur und die Spur 17 Kontrollspur ge nannt.
Hinter der Angriffsstelle des Werkzeuges 3 am Werkstück ist ein Taster 18 angeordnet, der die vom Werkzeug 3 geschnittenen Radien des Werkstückes abmisst. Der Taster 18 ist mit einer die abgemessenen Radien in elektrische Signale umwandelnden Vor richtung 19 verbunden. Diese Vorrichtung 19 ist in an sich bekannter Weise so ausgebildet, dass der Druck, mit welchem der Taster am Werkstück an- liegt, konstant bleibt. Die Ausgangsspannung der Vorrichtung 19 ist eine Eingangsspannung einer als Rechenwerk ausgebildeten Steuervorrichtung 20.
Die vom Kontrollkopf 7 kommenden Signale bilden eine zweite Eingangsspannung des Rechenwerkes 20, in welchem die Signale des Kopfes 7 von den Signalen des Tasters abgezogen werden, und das resultierende Signal wird als Steuersignal für das Werkzeug 3 ver wendet. Dieses resultierende Signal wird zunächst einem Registrierkopf 21 zugeführt, welcher auf das Band 6 eine weitere Spur 22 ;aufzeichnet (Fig. 3). 24 bezeichnet einen Löschkopf, dessen Funktion nach stehend erläutert wird. Das Band 6 ist derart von den Rollen 8, 9 angetrieben, dass es einen ganzen Um lauf pro Werkstückumdrehung ausführt, wobei das Werkstück in Richtung des Pfeils 23 gedreht wird.
Der Abstand zwischen den Köpfen 5 und 7 entspricht dabei dem Winkelabstand zwischen dem Werkzeug 3 und dem Taster 18.
Die beschriebene Maschine arbeitet wie folgt: Der gewünschte Radius des Nockens für die verschiedenen Winkelstellungen des letzteren ist berechnet und auf dem Band 6 als Kontrollspur 17 registriert worden, und zwar mittels einer Wechselspannung, deren je weilige Amplitude dem gewünschten Radius ent spricht. Eine Reihe von Befehlen für das Werkzeug 3 ist - ebenfalls mittels einer Wechselspannung variabler Amplitude - auf dem Band als Steuer spur 16 aufgezeichnet worden, welche Befehle bzw. Amplituden den Radien entsprechen, die das Werk stück 1 nach der ersten Umdrehung aufweisen muss; bei der Aufzeichnung dieser Befehle werden der grösste zulässige Vorschub des Werkzeuges und die grösste zulässige Vorschubgeschwindigkeit berück sichtigt.
Die Maschine beginnt zu arbeiten, wenn die Stelle des Werkstückes mit dem dem Winkel O" entsprechenden Befehlsimpuls mit der Lage des Steuerkopfes 5 übereinstimmt. Während der ersten Umdrehung des Werkstückes tastet der Kopf 5 die Spur 16 ab und steuert das Werkzeug 3 derart, dass ein erstes Profil 25 (Fig. 1) erhalten wird. Der Taster 18 misst die Radien, und das Rechenwerk 20 zieht von den gewünschten Radien die geschnittenen Ra dien ab, und zwar bei jeder Winkelstellung 00, (91-(94 usw des Werkstückes.
Je nach der Differenz bestimmt das Rechenwerk den günstigsten Wert für den jeweiligen Vorschub des Werkzeuges während der folgenden Umdrehung des Werkstückes, also dem folgenden Durchgang des Werkzeuges, wobei wieder der grösste zulässige Wert dieses Vorschubes und die grösste zulässige Vorschubgeschwindigkeit berücksich tigt werden.
Wie in Fig. 4 dargestellt, weist das Rechenwerk 20 eine Differenzschaltung 26 auf, welche das Aus gangssignal des Kontrollkopfes 7 vom Ausgangs signal der Vorrichtung 19 abzieht. Ferner weist es einen Potentiometer 27 auf zur Einstellung eines ,Signals, das einem vorbestimmten Bruchteil des Un terschiedes der beiden Ausgangssignale entspricht, und einen Transformator 28, um diesen Bruchteil zum Ausgangssignal des Kopfes 7 zu addieren.
Der Vor schub bzw. die Materialmenge, die bei der nächsten Umdrehung entfernt wird, ist proportional der Span nung im obern Teil des Potentiometers 27, und ein Spannungsbegrenzer 29 ist diesem Teil parallel ge schaltet, um den nächsten Vorschub unter einem vorbestimmten, von den Eigenschaften des Werk- zeuges abhängigen Wert zu halten, damit das Werk zeug nicht überbeansprucht wird. Das Rechenwerk gestattet somit das Endprofil mittels einer Anzahl von Durchgängen des Werkzeuges zu erreichen, wobei mindestens der letzte zur Ausführung eines sehr feinen Schnittes eingestellt ist. Das Ausgangssignal des Re chenwerkes ist ein Wechselstrom von variabler Amplitude, der mittels des Kopfes 21 dem Band 6 in der zweiten Steuerspur 22 aufgezeichnet wird.
Der Kopf 21 ist in der Zeichnung im Abstand des Kop fes 7 dargestellt, aber wenn keine Verzögerung im Betrieb des Rechenwerkes auftritt, sind diese Köpfe in Wirklichkeit nebeneinander. Nach der ersten Um drehung des Werkstückes, das heisst, wenn das Band 6 ebenfalls eine Umdrehung gemacht hat, wird ein Umschalter betätigt, so dass der Servomechanismus 4 mittels des Steuerkopfes 5 die Befehle, das heisst die Signale, von der zweiten Steuerspur 22 abnimmt. Der Umschalter wird entweder mechanisch oder magne tisch mittels eines auf dem Band aufgenommenen Impulses betätigt. Das Wechseln von der Spur 16 zur Spur 22 kann dadurch erfolgen, dass zwei Köpfe 5 vorgesehen sind, die wahlweise mit dem Servo- mechanismus 4 verbunden werden.
Während der zweiten Umdrehung des Werkstückes und Umlauf des Bandes 6 wird das Werkzeug 3 von den Signalen der zweiten Steuerspur 22 gesteuert, wobei der Lösch- kopf 24 diese Signale hinter dem Kopf 5 löscht. Während dieser Periode tastet der Taster 18 die neuen Radien ab, und das Rechenwerk liefert eine neue Serie von Signalen, die vom Kopf 21 als Spur 22 aufgezeichnet werden. Dieser Arbeitsgang wie derholt sich, bis die verschiedenen Radien mit den auf der Kontrollspur aufgenommenen Werten über einstimmen. Das Rechenwerk signalisiert diesen Zu stand und stopt die Maschine selbsttätig, der Nocken ist fertig bearbeitet und kontrolliert.
Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde angenommen, dass die verschiedenen Signale in Form von Wechselsignalen, deren Amplitude den ge gebenen Massen entspricht, auf dem Band in Spuren aufgezeichnet werden.
Im Beispiel gemäss Fig. 5 sind die Steuersignale wie im vorhergehenden Beispiel als Wechselsignale variabler Amplitude, die Kontrollsignale dagegen im Binärcode aufgezeichnet. Es handelt sich wieder um eine Maschine zur automatischen Bearbeitung eines Werkstückes gemäss einem vorbestimmten Profil. 31 bezeichnet ein rotierendes, zylindrisches, z. B. zu einem Nocken zu formendes Werkstück, dem das vorbestimmte Profil gegeben werden muss. Die Ma schine weist ein Werkzeug 33 auf, das von einem Servomechanismus 34 gesteuert ist.
Signale im Binär- code, die dem Radius des fertigen Werkstückes für die verschiedenen Winkelstellungen entsprechen, sind auf einem Film 35 registriert (oder in Form von Lochun gen auf einem Papierband), der die Form eines end losen Bandes hat und durch nicht dargestellte Mittel in Richtung des Pfeils 36 angetrieben wird. Das Band 35 wirkt mit zwei lichtempfindlichen Abnahmeköpfen 37, 38 zusammen (oder mit Abnahmeköpfen, welche durch die Löcher des Papierbandes betätigte Kontakte aufweisen).
Der Kopf 37 nimmt die in regelmässigen Abständen auf dem Band 35 vorgesehenen Signale ab und wandelt diese Signale in Wechselspannungs- signale um, welche Amplituden aufweisen, die den Radien des Nockens an der betreffenden Stelle pro portional sind. Diese Wechselspannungen werden in provisorischen Speichern, die im Kopf 37 mit ent halten sind, derart gespeichert, dass jederzeit im Laufe der Arbeit der Maschine eine Dreier-Sequenz solcher Proportionalsignale verfügbar ist.
Die drei jeweils vom Kopf 37 abgeleiteten Signale werden einer Inter- polationsvorrichtung 39 zugeführt, welche mittels quadratischer Interpolation von den drei Signalen eine einzige Wechselspannung ableitet, deren Ampli tude eine stetige Funktion der Winkelstellung des Nockens in bezug auf eine Nullstellung ist und dem gewünschten Radius der betreffenden Stelle des Nok- kens entspricht.
Der Kopf 38 und die Vorrichtung 40 sind gleich ausgebildet und wirken ebenso zusam men wie der Kopf 37 und die Vorrichtung 39. Um- wandler, um Binärcode-Signale in entsprechende Spannungen umzuwandeln, sind im Schweizer Pa tent Nr. 336483 und Interpolationsvorrichtungen im Schweizer Patent Nr. 336608 beschrieben.
Hinter der Angriffsstelle des Werkzeuges 33 am Werkstück misst ein Taster 41 die Radien des vom Werkzeug 33 bearbeiteten Werkstückes 31. Der Taster 41 ist mit einer die abgemessenen Radien in Wechselspannungen umwandelnden Vorrichtung 42 verbunden, deren Ausgangssignale einer Differenz schaltung 43 zugeführt werden, in der von jedem die ser Ausgangssignale das betreffende Ausgangssignal der Vorrichtung 40 abgezogen wird. Die Vorrichtung 42 entspricht der Vorrichtung 19 in Fig. 2.
Das Ausgangssignal der Schaltung 43 entspricht dem Betrag, um welchen der Radius des Werkstückes an der betreffenden Stelle den gewünschten Radius noch übertrifft. Das Ausgangssignal wird einem Re chenwerk 44 zugeführt, welches die Befehle aus arbeitet, die die verschiedenen Stellungen des Werk- zeuges bei jeder Umdrehung des Werkstückes steuern. Das Rechenwerk 44 zusammen mit der Differenz schaltung 43 entspricht dem Rechenwerk 20 in Fig. 2.
Das Ausgangssignal des Rechenwerkes 44 wird über einen Verstärker 45 einem Umschalter 46 zu geführt, welcher dieses Signal wahlweise einem magnetischen Aufzeichnungskopf 47 oder einem magnetischen Aufzeichnungskopf 48 anlegt. Diese Aufzeichnungsköpfe sind übereinander derart an geordnet, dass sie die Signale mit verschiedenen Spuren 49, 50 auf einem magnetischen Streifen 51 aufzeich- nen, welcher mittels nicht dargestellter Mittel in Syn chronismus mit dem Band 35 angetrieben ist. Der Streifen 35 bildet ebenfalls ein endloses Band und bewegt sich in Richtung des Pfeils 52. Mit ihm wir ken zwei Abnahmeköpfe 53, 54 zusammen.
Die von diesen Köpfen abgenommenen Signale werden wahl weise mittels eines Umschalters 55 einer Addier schaltung 56 zugeführt, in welcher sie zu den Aus gangssignalen der Interpolationsvorrichtung 39 addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierschaltung 56 bilden die Steuersignale für den Servomechanismus 34. Der Abstand zwischen den Köpfen 37 und 38 sowie der Abstand zwischen den Köpfen 47, 48 und den Köpfen 53, 54 entspricht dem Winkelabstand zwischen dem Werkzeug 33 und dem Taster 41. Die Umschalter 46 und 55 werden nach jeder vollen Um drehung des.Werkstückes und jedem Umlauf der Bän der bzw. Streifen 35, 51 umgeschaltet.
Dieses Um schalten wird durch ein auf dem Streifen 51 registrier tes, der Nullstellung entsprechendes Signal gesteuert.
Es wird jetzt angenommen, dass eine erste Reihe von Befehlen auf der Spur 49 des Streifens 51 auf gezeichnet wurde. Diese Befehle werden von dem Kopf 53 abgelesen und erzeugen eine Wechselspan nung, die zu der Ausgangsspannung der Vorrichtung 39 addiert wird, so dass die Amplitude der resul tierenden Spannung dem Radius entspricht, den das Werkstück nach dem ersten Durchgang des Werk- zeuges haben sollte. Die von der Differenzschaltung 43 abgeleitete Spannung hat eine Amplitude, die dem Betrag entspricht, der noch vom Werkstück abge schnitten werden muss, um den gewünschten Radius zu. erhalten.
Diesem Betrag entsprechende Befehle werden durch das Rechenwerk 44 berechnet, hierauf verstärkt und mittels des Aufzeichnungskopfes 48 auf der Steuerspur 50 registriert. Wenn das Nullstellungs- signal des Streifens 51 die Köpfe 53, 54 und 47, 48 passiert, werden die Schalter 55 und 46 umgeschaltet. Während der nächsten Umdrehung des Werkstückes 31 steuern die auf der Spur 50 aufgenommenen Im pulse über 54, 55, 56, 34 das Werkzeug 33, wobei inzwischen nur Signale über 44-47 auf der Spur 49 aufgezeichnet werden. Während der nächsten Um drehung des Werkstückes ist dann wieder die Spur 49 steuernd und auf die Spur 50 werden die neuen Signale aufgenommen, bis das Werkstück den ge wünschten Radius aufweist.
Zwei Löschköpfe 57, 58 sind zwischen den Köp fen 53, 54 und den Köpfen 47, 48 angeordnet. Die die Löschung bewirkenden Spannungen werden den Köpfen 57, 58 abwechselnd über einen Schalter 59 zugeführt, welcher vom Nullstellungssignal derart be tätigt wird, dass der Kopf 57 wirksam ist, während dem die Steuerimpulse von der Spur 49 abgeleitet werden, und dass der Kopf 58 wirksam ist im andern Falle.
Man beachte, dass die aufgenommenen und abge leiteten Signale Wechselspannungen mit variabler Amplitude sind, und dass die Genauigkeit dieser Signale nicht sehr gross sein muss. Es ist angenommen, dass der maximale Fehler bei der Aufnahme 10%, sei. Es genügt dann, dass das Steuersignal vom Rechen werk 44 derart ist, dass das Werkzeug nie um mehr als 90% des restlichen, noch wegzuschneidenden Werk stückteils verstellt wird. Wenn der maximale Fehler mit s bezeichnet wird, muss die Steuerung nie eine Verstellung bewirken, die grösser ist als (1-E) des wegzuschneidenden Werkstückteils. Wenn der ur sprünglich zu entfernende Betrag E ist, so bleibt nach dem ersten Durchgang bzw.
Umdrehung: E (1-[1-E]), das heisst E - E, aber in Anbetracht des möglichen Feh lers kann der abgenommene Betrag zwischen E - (1-f- s) und E - (1-E) liegen und der verbleibende zu schneidende Betrag liegt dann zwischen 0 und 2 E E. Nach der zweiten Umdrehung wird dieser Betrag zwischen 0 und 4<B><I>E e-</I></B> 2 liegen, dann zwischen 0 und 8<B>E,-</B> 3 usw. Wie klar ersichtlich, braucht a nicht besonders klein zu sein, damit der Fehler trotzdem zu einem vernachlässig- baren Teil wird. Es ist natürlich zu beachten, dass für das Werkzeug 33 ein erster Schnitt von E(1-±) zu lässig sein muss.
Es können getrennte Antriebsmittel für den Teil des Streifens 51 vorgesehen werden, der mit den Köpfen 53, 54 und 57, 58 zusammenwirkt, und für den Teil, der mit den Köpfen 47, 48 zusammenwirkt, wobei zwischen beiden Teilen eine Schleife gebildet wird. Man beachte, dass bei der Berechnung der Signale der Spuren 49, 50 eine gewisse Unbestimmt heit vorhanden ist. Diese entsteht dadurch, dass das Werkzeug 33 unter Umständen die Bewegung, die ihm der Servomechanismus 34 erteilen sollte, nicht genügend genau ausführt, z. B. infolge Abnützung von Maschinenteilen, oder das Werkzeug selbst könnte abgenützt sein oder nicht die richtigen Masse auf weisen.
Wenn dieser Fehler von Bedeutung ist, er scheint er als eine Differenz zwischen jedem Steuer signal des Streifens und den Signalen, die vom Taster 41 abgeleitet werden. Somit wird durch Zu rückhalten der Steuersignale während einer vollen Werkstückumdrehung der erzielte Effekt mit dem zu erzielenden Effekt verglichen und die Differenz dieser Effekte dient der Änderung des Steuersignals.
In der Zeichnung bezeichnet 60 einen Schalter, der mit dem Schalter 46 derart schaltverbunden ist, dass der eine Kopf 47 oder 48, der nicht gerade zur Registrierung von Signalen gebraucht wird, dazu ver wendet wird, die soeben ausgeführten Befehle abzu lesen. Somit sollte das dem Schalter 60 zugeführte Signal gleich dem Ausgangssignal vom Taster 41 sein. Diese beiden Signale werden in einer Differenzschal tung 61 verglichen. Das Ausgangssignal der Schal tung 61 entspricht dem Betrag, um welchen die Ma schine die Befehle ungenau ausgeführt hat, und dieses Signal wird mit geeigneter Polarität dem neuen, vom Rechenwerk 44 gelieferten Steuersignal addiert, und zwar im Verstärker 45.
Die Ausgangsspannung der Schaltung wird derjenigen des Rechenwerkes 44 so addiert, dass, wenn die Schaltung 61 einen zu kleinen oder zu grossen Schnitt entdeckt, der Schnitt beim nächsten Durchgang proportional vergrössert bzw. verkleinert wird. Die auf diese Weise erzielte zu sätzliche Genauigkeit ist nicht in allen Fällen not wendig.
Es ist klar, dass statt eines einzigen Werkzeuges deren zwei oder mehr vorgesehen werden können. Die Werkzeuge könnten auf einem Revolverkopf angeord net werden, der mittels eines vom Rechenwerk 20 bzw. 44 emittierten Signals gesteuert werden könnte. Es ist ebenfalls klar, dass es bedeutungslos ist, ob das Werkzeug oder das Werkstück bewegt werden, solange Relativbewegung zwischen beiden vorhanden ist.
Machine for the automatic machining of a workpiece according to a predetermined profile The present invention relates to a machine for the automatic machining of a workpiece according to a predetermined profile with at least one tool which is intended to machine the workpiece in several passes.
The machine tool according to the invention is characterized by means for scanning the work piece behind the point of attack of the tool on the workpiece, which generate a scanning signal which corresponds to the respective profile of the workpiece, and by control means to determine the relative position of the tool with respect to the To control the workpiece during each pass following the first pass under the influence of the signal received in the previous pass so that the tool on the workpiece produces a better approximation of the predetermined profile.
In .the accompanying drawings, two exemplary embodiments of the subject invention are shown schematically. 1 shows a partial section through a cam to be machined, FIG. 2 shows the diagram of the first exemplary embodiment, FIG. 3 shows a larger-scale detail from FIG. 2, FIG. 4 shows the circuit of an arithmetic unit on a larger scale, and FIG. 5 the scheme of the second embodiment example.
The embodiment of FIGS. 1 to 4 be based on a machine for automatic loading of a cam according to a predetermined profile. It is assumed that the machine is to machine a workpiece to be set in rotation with the original profile 1 in order to obtain a cam with a profile 2 (see FIG. 1). The machine is provided with a cutting tool 3, the position of which is controlled by a servomechanism 4. The servomechanism gets an input signals from an electromagnetic control head 5, which reads an endless magnetic tape 6 from.
A second electromagnetic head 7, which is referred to in the following as a control head, also works together with the belt 6 for which drive rollers 8, 9 and guide rollers 10-15 are provided. The band 6 forms a loose loop between the two heads 5 and 7. The two separately driven rollers 8, 9 make it possible to maintain a prescribed tape length between the two heads.
The tape 6 could be provided with holes and the rollers 8, 9 with teeth, whereby a positive drive would be achieved, or a pulse-emitting track along the tape could be recorded on this, which in conjunction with appropriately designed rollers a magnetic table equivalent to form the perforations. The heads 5 and 7 are arranged in different levels, so that they get signals from different Spu Ren of the tape, which are shown with 16 and 17 in FIG. This figure shows part of the surface of the belt 6. Track 16 is called the first control track and track 17 is called control track.
Behind the point of application of the tool 3 on the workpiece, a probe 18 is arranged which measures the radii of the workpiece cut by the tool 3. The button 18 is connected to a device 19 which converts the measured radii into electrical signals. This device 19 is designed in a manner known per se in such a way that the pressure with which the button is applied to the workpiece remains constant. The output voltage of the device 19 is an input voltage of a control device 20 designed as a calculating unit.
The signals coming from the control head 7 form a second input voltage of the arithmetic unit 20, in which the signals of the head 7 are subtracted from the signals of the probe, and the resulting signal is used as a control signal for the tool 3 ver. This resulting signal is first fed to a recording head 21 which records a further track 22 on the tape 6 (FIG. 3). 24 denotes an erase head, the function of which is explained below. The belt 6 is driven by the rollers 8, 9 in such a way that it carries out a whole round per workpiece revolution, the workpiece being rotated in the direction of arrow 23.
The distance between the heads 5 and 7 corresponds to the angular distance between the tool 3 and the button 18.
The machine described works as follows: The desired radius of the cam for the various angular positions of the latter has been calculated and recorded on the tape 6 as a control track 17, using an alternating voltage whose respective amplitude corresponds to the desired radius. A number of commands for the tool 3 - also by means of an alternating voltage of variable amplitude - have been recorded on the tape as a control track 16, which commands or amplitudes correspond to the radii that the workpiece 1 must have after the first rotation; When these commands are recorded, the greatest permissible feed rate of the tool and the greatest permissible feed rate are taken into account.
The machine begins to work when the position of the workpiece with the command pulse corresponding to the angle O "corresponds to the position of the control head 5. During the first rotation of the workpiece, the head 5 scans the track 16 and controls the tool 3 in such a way that a The first profile 25 (Fig. 1) is obtained. The probe 18 measures the radii, and the arithmetic unit 20 subtracts the cut radii from the desired radii, namely at every angular position 00, (91- (94 etc. of the workpiece.
Depending on the difference, the arithmetic unit determines the most favorable value for the respective feed of the tool during the following rotation of the workpiece, i.e. the following pass of the tool, again taking into account the greatest permissible value of this feed and the greatest permissible feed rate.
As shown in FIG. 4, the arithmetic unit 20 has a differential circuit 26 which subtracts the output signal from the control head 7 from the output signal of the device 19. It also has a potentiometer 27 for setting a signal which corresponds to a predetermined fraction of the difference between the two output signals, and a transformer 28 to add this fraction to the output signal of the head 7.
The advance or the amount of material that is removed in the next revolution is proportional to the voltage in the upper part of the potentiometer 27, and a voltage limiter 29 is this part in parallel connected to the next feed below a predetermined, from the properties to maintain the tool-dependent value so that the tool is not overstrained. The arithmetic unit thus allows the end profile to be achieved by means of a number of passes of the tool, at least the last one being set to make a very fine cut. The output signal of the computing device is an alternating current of variable amplitude which is recorded on the tape 6 in the second control track 22 by means of the head 21.
The head 21 is shown in the drawing at a distance from the Kop fes 7, but if there is no delay in the operation of the arithmetic unit, these heads are actually next to each other. After the first turn of the workpiece, that is, when the belt 6 has also made one turn, a changeover switch is actuated so that the servomechanism 4 receives the commands, i.e. the signals, from the second control track 22 by means of the control head 5. The switch is operated either mechanically or magnetically by means of a pulse recorded on the tape. The change from track 16 to track 22 can take place in that two heads 5 are provided, which are optionally connected to servomechanism 4.
During the second revolution of the workpiece and the revolution of the belt 6, the tool 3 is controlled by the signals from the second control track 22, the erasing head 24 erasing these signals behind the head 5. During this period, the button 18 scans the new radii, and the arithmetic unit delivers a new series of signals which are recorded as track 22 by the head 21. This process is repeated until the various radii match the values recorded on the control track. The arithmetic unit signals this status and stops the machine automatically, the cam is finished and checked.
In the exemplary embodiment described so far, it was assumed that the various signals in the form of alternating signals, the amplitude of which corresponds to the given masses, are recorded in tracks on the tape.
In the example according to FIG. 5, the control signals are recorded as alternating signals of variable amplitude, as in the previous example, whereas the control signals are recorded in binary code. It is again a machine for the automatic machining of a workpiece according to a predetermined profile. 31 denotes a rotating, cylindrical, e.g. B. to be formed into a cam workpiece, which must be given the predetermined profile. The machine has a tool 33 which is controlled by a servomechanism 34.
Signals in binary code, which correspond to the radius of the finished workpiece for the various angular positions, are registered on a film 35 (or in the form of perforations on a paper tape), which has the shape of an endless tape and is shown in FIG Direction of arrow 36 is driven. The tape 35 cooperates with two photosensitive pick-up heads 37, 38 (or with pick-up heads which have contacts actuated through the holes in the paper tape).
The head 37 picks up the signals provided at regular intervals on the tape 35 and converts these signals into alternating voltage signals which have amplitudes which are proportional to the radii of the cam at the relevant point. These alternating voltages are stored in temporary memories, which are included in the head 37, in such a way that a three-way sequence of such proportional signals is available at any time during the work of the machine.
The three signals each derived from the head 37 are fed to an interpolation device 39 which, by means of quadratic interpolation, derives a single alternating voltage from the three signals, the amplitude of which is a continuous function of the angular position of the cam in relation to a zero position and the desired radius corresponding position of the cam.
The head 38 and the device 40 are of the same design and work together in the same way as the head 37 and the device 39. Converters to convert binary code signals into corresponding voltages are described in Swiss Patent No. 336483 and interpolation devices in the Swiss Patent No. 336608.
Behind the point of application of the tool 33 on the workpiece, a probe 41 measures the radii of the workpiece 31 processed by the tool 33. The probe 41 is connected to a device 42 which converts the measured radii into alternating voltages, the output signals of which are fed to a differential circuit 43 in which from each of these output signals the relevant output signal of the device 40 is subtracted. The device 42 corresponds to the device 19 in FIG. 2.
The output signal of the circuit 43 corresponds to the amount by which the radius of the workpiece at the point in question still exceeds the desired radius. The output signal is fed to a computing unit 44 which processes the commands which control the various positions of the tool with each rotation of the workpiece. The arithmetic unit 44 together with the differential circuit 43 corresponds to the arithmetic unit 20 in FIG. 2.
The output signal of the arithmetic unit 44 is fed via an amplifier 45 to a changeover switch 46, which applies this signal to either a magnetic recording head 47 or a magnetic recording head 48. These recording heads are arranged one above the other in such a way that they record the signals with different tracks 49, 50 on a magnetic strip 51, which is driven in synchronization with the tape 35 by means not shown. The strip 35 also forms an endless belt and moves in the direction of arrow 52. With it we ken two removal heads 53, 54 together.
The signals picked up by these heads are optionally fed to an adding circuit 56 by means of a changeover switch 55, in which they are added to the output signals from the interpolation device 39. The output signals of the adder circuit 56 form the control signals for the servo mechanism 34. The distance between the heads 37 and 38 and the distance between the heads 47, 48 and the heads 53, 54 corresponds to the angular distance between the tool 33 and the button 41. The switches 46 and 55 are switched over after each full rotation of the workpiece and each revolution of the bands or strips 35, 51.
This switch is controlled by a registered on the strip 51, the zero position corresponding signal.
It is now assumed that a first series of commands have been recorded on track 49 of strip 51. These commands are read from the head 53 and generate an alternating voltage which is added to the output voltage of the device 39 so that the amplitude of the resulting voltage corresponds to the radius the workpiece should have after the first pass of the tool. The voltage derived from the differential circuit 43 has an amplitude which corresponds to the amount that still has to be cut from the workpiece in order to achieve the desired radius. receive.
Commands corresponding to this amount are calculated by the arithmetic unit 44, then amplified and registered on the control track 50 by means of the recording head 48. When the zero signal of the strip 51 passes the heads 53, 54 and 47, 48, the switches 55 and 46 are toggled. During the next rotation of the workpiece 31, the pulses recorded on the track 50 control the tool 33 via 54, 55, 56, 34, with only signals via 44-47 being recorded on the track 49 in the meantime. During the next rotation of the workpiece, the track 49 is again controlling and the new signals are recorded on the track 50 until the workpiece has the desired radius.
Two erase heads 57, 58 are between the Köp fen 53, 54 and the heads 47, 48 arranged. The voltages causing the erasure are fed to the heads 57, 58 alternately via a switch 59 which is actuated by the zero position signal in such a way that the head 57 is effective, during which the control pulses are derived from the track 49, and that the head 58 is effective is in the other case.
It should be noted that the recorded and derived signals are alternating voltages with variable amplitudes, and that the accuracy of these signals does not have to be very high. It is assumed that the maximum error in recording is 10%. It is then sufficient that the control signal from the arithmetic unit 44 is such that the tool is never adjusted by more than 90% of the remaining workpiece part that has yet to be cut away. If the maximum error is denoted by s, the control never has to effect an adjustment that is greater than (1-E) of the workpiece part to be cut away. If the original amount to be removed is E, then after the first round or
Revolution: E (1- [1-E]), that is, E - E, but considering the possible error, the amount removed can be between E - (1-f- s) and E - (1-E) and the remaining amount to be cut is then between 0 and 2 E E. After the second rotation, this amount will be between 0 and 4 <B> <I> E e- </I> </B> 2, then between 0 and 8 <B> E, - </B> 3 etc. As can be clearly seen, a does not need to be particularly small in order that the error still becomes a negligible part. It should of course be noted that a first cut of E (1- ±) must be permissible for the tool 33.
Separate drive means can be provided for the part of the strip 51 which cooperates with the heads 53, 54 and 57, 58 and for the part which cooperates with the heads 47, 48, a loop being formed between the two parts. It should be noted that there is a certain degree of uncertainty in the calculation of the signals of the tracks 49, 50. This arises from the fact that the tool 33 may not execute the movement that the servomechanism 34 should give it with sufficient accuracy, e.g. B. as a result of wear and tear of machine parts, or the tool itself could be worn out or not have the correct dimensions.
If this error is significant, it appears as a difference between each control signal of the strip and the signals derived from the button 41. Thus, by retaining the control signals during a full rotation of the workpiece, the effect achieved is compared with the effect to be achieved, and the difference between these effects is used to change the control signal.
In the drawing, 60 denotes a switch which is connected to the switch 46 in a switching manner in such a way that the one head 47 or 48, which is not currently used for registering signals, is used to read the commands just executed. The signal fed to switch 60 should therefore be the same as the output signal from button 41. These two signals are compared in a differential circuit 61. The output signal of the circuit 61 corresponds to the amount by which the machine has executed the commands inaccurately, and this signal is added with a suitable polarity to the new control signal supplied by the arithmetic unit 44, specifically in the amplifier 45.
The output voltage of the circuit is added to that of the arithmetic unit 44 in such a way that if the circuit 61 detects a section that is too small or too large, the section is proportionally enlarged or reduced in the next pass. The additional accuracy achieved in this way is not necessary in all cases.
It is clear that two or more tools can be provided instead of a single tool. The tools could be net angeord on a turret head, which could be controlled by means of a signal emitted by the arithmetic unit 20 or 44. It is also clear that it does not matter whether the tool or the workpiece is moved as long as there is relative movement between the two.