Anordnung zur genauen Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Fräsers nach einer vorgegebenen Schablone Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur ge nauen Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Fräsers. Die entstehende Form wird einer vorgege benen ebenen Schablone nachgebildet unter Verwen dung eines Fühlers, der den Rand der Schablone ab tastet. Die Anordnung weist ferner eine Verstärker einrichtung und zwei Motoren auf, die das Werkzeug oder das Werkstück in bezug auf zwei senkrecht zu einander stehende Achsen nach Massgabe der Fühler lage verstellen.
Die Erfindung betrifft somit eine Anordnung, die bei Werkzeugmaschinen angewendet wird und dient zur genauen Bearbeitung von Werkstücken nach einer Schablone.
Das kopierende Werkzeug, ein Fräser, wird bei bekannten Anordnungen durch zwei unabhängige Mo toren in bezug auf zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verschoben. Der Lauf dieser Motoren wird durch einen Abnehmer oder Fühler gesteuert, welcher die tatsächliche Stellung des Fräsers in bezug auf das zu bearbeitende Stück laufend festlegt. Der Fühler überträgt die mechanische Auslenkung in eine pro portionale elektrische Auslenkgrösse in Abhängigkeit von einer Spannung und einer Phasenverschiebung.
In den bekannten Apparaturen treten grosse Schwierigkeiten auf, wenn das Werkzeug den Kontakt mit dem zu reproduzierenden Objekt verliert, indem es schwer ist, dieses Werkzeug an das genannte Objekt zurückzuführen.
Die bekannten Apparaturen verwenden für diesen Zweck sehr komplizierte Vorrichtungen. Den diesen Einrichtungen anhaftenden Unzuträglichkeiten abzu helfen, ist der Zweck der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung besteht darin, dass der Fühler mit einem mindestens zweiphasigen Induktionssystem ver bunden ist, welches in seinem magnetischen Zentrum einen elastisch nachgiebig gelagerten magnetisierbaren Kern aufweist, und dass diesem Induktionssystem eine Messspannung entnommen wird, die in bezug auf die Spannung des Netzes nach Grösse und Phase der ge rade bestehenden Auslenkung des Fühlers entspricht, und dass diese Messspannung die Steuerspannung der Verstärkereinrichtung ist, deren Ausgangsspannung zwei Modulatoren zugeführt sind, und dass diesen Modulatoren zwei weitere, dem Netz entnommene, um 90 phasenverschobene Spannungen zugeführt sind, und dass die Ausgangsspannungen dieser Mo- dulatoren je einem Gleichstromverstärker zugeführt sind,
in dessen Ausgängen die Rotoren von Gleich strommotoren eingeschaltet sind, die die Verstellung des Werkzeuges oder des Werkstückes entsprechend der Grösse und der Winkellage der Auslenkung des Fühlers in korrigierendem Sinne ausführen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Fühler, der das nachzubildende Objekt abtastet.
Die Fig. 2 zeigt den gesamten Aufbau der elek trischen Schaltung.
Die Fig. 3 zeigt die Kennlinien der Verstärker. Die Fig. 4 zeigt die Schaltung des Amplituden begrenzers des Korrektors.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die Kurvenform der Span nung an den Ausgangsklemmen der Anordnung Fig. 4. Der Fühler gemäss Fig. 1 weist einen Stab 1 auf, der auf einer elastisch nachgiebigen Metallscheibe 3 aufgesetzt ist. Das Ende des Fühlers liegt an der Mo dellschablone 10 an und steht senkrecht zu Schablo- nenebene. Das andere Ende weist .ein magnetisier- bares Ankerstück 5 auf, welches gegenüber drei unter sich gleiche und symmetrisch zur Achse liegenden Spulen 6, 7 und 8 sich verschieben kann; das Induk tionssystem ist also dreiphasig. In der Fig. 1 ist die Spule 8 nicht gezeichnet, dagegen in der Fig. 2.
Die Wicklungen mit ihren unter sich gleichen Eisen kernen sind um je 120 versetzt und symmetrisch gleichmässig zur Achse der Mittellage des Kernes 5 angeordnet. Die drei Spulen sind über einen drei- phasigen Dreiecksterntransformator von dem Drei phasennetz 10, 11, 12 her gespeist. Über drei Wi derstände in jeder Phase sind die Wicklungen ab gleichbar. Der Sternpunkt N der Sekundärwicklung des Dreiphasentransformators ist mit dem Sternpunkt der drei Wicklungen 6, 7 und 8 unter Zwischen schaltung des Transformators 13 verbunden. Wenn das Ende 4 des Fühlers nicht aasgelenkt ist und die Spulen und die Speisung derselben genau symmetrisch ist, fliesst durch die Primärspule des Transformators 13 kein Strom.
An dem Transformator 13 kann nur eine Span nung entstehen, wenn der Fühler aasgelenkt wird. Diese Spannung entspricht dann in bezug auf ihre Amplitude und Phase der mechanischen Aaslenkung des Endes 4 des Fühlers. Diese Spannung ist eine aus zwei Komponenten zusammengesetzte Spannung. Um diese Spannung von störenden Strömen im Netz freizuhalten, wird der sekundärseitig in Stern geschal tete Trenntransformator verwendet. Die elektrische Spannung am Transformator 13 infolge der mecha nischen Aaslenkung des Kernes 5 steuert die Ver stärker 14 und 15 mit stabilen Kennlinien. Die Kenn linie des Verstärkers 14 ist linear, das heisst, die Aus gangsspannung ist proportional der Auslenkspannung gemäss der Geraden 16 in Fig.3. In dieser Figur stellt E die mechanische Aaslenkung dar und V ist die Ausgangsspannung der Verstärker.
Die Kennlinie des Verstärkers 15 ist dargestellt durch die Kurve 17. Diese weist bei kleinen Span nungen einen linearen Teil mit grosser Verstärkung auf und geht dann bei grösseren Spannungen in einen horizontalen geraden Teil über, wo die Ausgangs spannung auch bei zunehmender Eingangsspannung nicht mehr ansteigt, sondern konstant bleibt. Die Teilschaltung für das Konstanthalten der Spannung am Ausgang des Verstärkers 15 ist eine Diode 18 in Serie mit einer Polarisationsspannung 19 oder etwas Ähnlichem, wie später gezeigt wird. Die mög lichst aber nicht unbedingt gefilterten und sinusförmi- gen Ausgangsspannungen sind in Serie geschaltet. Die resultierende Spannung ist durch die Kurve 20 dar gestellt.
Die Spannung V verläuft durch einen Null wert, welchem eine mechanische Grundauslenkung E0 entspricht. Gleichzeitig ändert die Phase der Span nung bei diesem Punkt E0. Über die Demodulatoren 20 und 21 wird die genannte resultierende Wechsel spannung gleichgerichtet. An diese Demodulatoren werden von der Speisespannung her in bestimmter Phase zwei Hilfsspannungen zugeführt, und zwar so, dass die Hilfsspannungen um 90 phasenverschoben sind. Zu diesem Zweck ist der Demodulator 21 zwi schen einer Phase und dem Nulleiter und der De- modulator 20 zwischen den beiden anderen Phasen des speisenden Netzes angeschaltet. Der Ausgang des Demodulators 20 ist an den Eingang des Verstärkers 25 angeschlossen, welcher den Rotor des Motors 22 speist.
Entsprechend ist der Demodulator 21 an den Verstärker 26 angeschlossen, welcher den Rotor des Motors 23 speist. Die Mittelwerte der Ausgangs spannungen, welche auf die Motoren 22 und 23 ein wirken, entsprechen den zu korrigierenden Abwei chungen gemäss ihren Projektionen auf die zwei Be wegungsrichtungen der Motoren.
Die beiden Motoren verschieben das Werkzeug oder das zu bearbeitende Werkstück. Dieses Werk stück bzw. der Support des Werkstückes sind mecha nisch mit dem Fühler 1 verbunden, so dass die Ab weichung E immer auf den Wert E0 zurückgeführt wird. Zu Beginn der Bearbeitung des Werkstückes mass der Fühler in den Bereich der selbsttätigen Einrege lung hineingeführt werden, indem der Fühler derart in Berührung mit dem nachzubildenden Stück ge bracht wird, dass sich der Nullpunkt E0 einstellt. Der Fühler mass dabei in eine Lage kommen, in der die Korrekturspannung den Schwellenwert der Emp findlichkeit überschreitet. Der hierfür in Frage kom mende Bereich ist durch die strichpunktierten Linien 50 und 51, Fig. 3, bezeichnet. Indem der Fühler die genannte Schwelle überschreitet, kommt er in der Lage E0 selbsttätig ins Gleichgewicht.
Seine Lage ist gegenüber der Achse des elektrodynamischen Systems leicht geneigt auf Grund der Tatsache, dass für diese Position der Punkt E0 immer innerhalb des Schablo nenrandes liegt.
Mit den Motoren 22 und 23 sind je ein Tacho dynamo 24 und 27 gekuppelt. Die Spannungen der Tachodynamos sind den Ausgangsspulen der De- modulatoren 20 und 21 entgegengeschaltet und be wirken so die sichere Stabilisierung des Servomecha- nismus einschliesslich der steuernden Verstärker. Der Fühler bleibt so immer in Kontakt mit der führenden Schablone unter Berücksichtigung einer Grundaus lenkung um den Abstand 0-E0. Die Gleichgewichts lage liegt um die Distanz 0-E0 abseits des Scha blonenrandes, was man in Kauf nehmen mass. Selbst verständlich ist der Fühler auch empfindlich für die symmetrische Lage E'0.
Auf diese Weise sichert die Anordnung die Rückstellbewegung des Fühlers und des Werkzeuges bzw. des zu bearbeitenden Stückes, wenn der Fühler sich am Rande der Schablone be findet. Um den Fühler entlang dieser Schablone zu verschieben, mass diesem eine um 9011 gedrehte zusätz liche Bewegung aufgeprägt werden.
Die Ausgangswechselspannung des Fühlers ist zur Erzielung dieser Wirkung über ein 90 -Phasendreh- glied, bestehend mindestens aus einem Widerstand 31 und einem Kondensator 30, um 90 phasenver schoben. Eine Teilspannung am Widerstand 31 liegt am Eingang des Verstärkers 32. Durch Verschiebung des Abgriffes dieses Widerstandes wird die Tangen tialgeschwindigkeit eingestellt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 32 ist mit den Ausgangsspannungen der Verstärker 14 und 15 in Serie geschaltet. Diese so erhaltene resultierende Spannung wird mittels der Demodulaltoren 20 und 21 in Komponenten zer legt und den Verstellmotoren 22 und 32 zugeführt.
Bei Vertauschen der Ausgangsklemmen des Verstär kers 32 wird die Bewegungsrichtung des Fühlers entlang der Schablone umgekehrt. Die Geschwindig keit der Verschiebung hängt von der Amplitude der Übertragungsspannung des Verstärkers 32 ab, welche aber nur wenig variiert.
Die Ausführung der Einrichtung umfasst verschie dene Ausführungsmöglichkeiten; z. B. kann der Ver stärker 32 weggelassen werden, und die Phasenver schiebung kann im Eingang des Verstärkers 14 er folgen. Die Schaltung kann auch in der Weise aus geführt sein, dass die Geschwindigkeit der Verschie bung konstant bleibt, unabhängig von der Verschie bung um den Punkt E, herum. Es genügt auch, am Ausgang des Verstärkers 32 einen Amplitudenbegren zer 34 anzuordnen. Der Abgleich der 90 -Verschie- bung findet nach dem Begrenzer statt und kann durch Einstellen des Begrenzerpegels erfolgen.
Die Ver stärker 14 und 15 können durch einen einzigen Ver stärker 14 ersetzt werden, wobei diesem ein korri gierender Diskriminator folgt, welcher die Funktion der Organe 18 und 19 sowie das Gegeneinander schalten der Spannungen ausführt.
In der Fig. 4, welche eine beispielsweise Ausfüh rung eines solchen Diskriminators zeigt, ist am Aus gang eines angezapften Transformators 40 über einen Widerstand 41 ein Begrenzer geschaltet. Dieser Be grenzer besteht aus den beiden Dioden 42 und 43 und den Polarisationsspannungsquellen 44 und 45. Wenn die Wechselspannung der Sekundärwicklung des Transformators unterhalb dem Begrenzerpegel liegt, tritt an den Ausgangsklemmen 46 und 47 eine sinusförmige Spannung auf. Wenn die Spannung am Transformator 40 gross und deshalb begrenzt ist durch die Anordnung 42 ... 45, entsteht an den Klemmen 46 und 47 eine verformte Spannung gemäss Fig. 5.
Wenn die mechanische Abweichung des Fühlers sich etwas rechts vom Nullpunkt E0 befindet, erscheint eine reine Sinusspannung. Im Punkt E0 ist die Span nung stark deformiert und nimmt dabei die Form Fig. 5 an. Der Mittelwert dieser Spannung, welche doppelte Frequenz aufweist, ist dabei gleich null. Wenn der Spannungswert weit rechts vom Punkt E0 liegt, gemäss Fig. 3, wird fast eine rein sinusförmige Spannung erhalten, welche um 180 gegenüber der Eingangsspannung verschoben ist (Fig. 6).
Die Verstärker können zur Erhöhung der Stabilität mit Gegenkopplung versehen sein. Die Bildung des Positionspunktes E0 kann auch mit anderen Mitteln erreicht werden.
Mittels eines Messgerätes 30 am Ausgang des Ver stärkers 14 oder 32 kann das Arbeiten der Einrich tung kontrolliert werden. Ferner können mit dem Messgerät 30 Relais verbunden sein, um die Maschine anzuhalten, wenn die Ausgangsspannungsamplitude einen höchst zulässigen Wert überschreitet. Um den Fühler mit der Schablone in Berührung zu bringen, kann eine Hilfsspannung vorgesehen werden, die in den Stromkreis des Transformators 13 oder in die Verstärkerstufen eingeschaltet werden kann. Diese Hilfsspannung wird über einen Schalter 33 (Fig. 1) einem Drehpotentiometer 35 entnommen, das über den Widerstand 36 an das Dreiphasennetz angeschlos sen ist. Die Bewegungsrichtung des Werkzeuges wird durch den Schleifkontakt des Potentiometers einge stellt, während die Geschwindigkeit der Heranschie bung durch die Widerstände 36 bestimmt wird.
Es können auch Relaiskombinationen vorgesehen wer den, um eine automatische Bewegung des Werkzeuges und Heranführen des Fühlers an die Schablone zu erreichen. Die Annäherungsbewegung wird unter brochen, wenn der Fühler nach Berühren der Scha blone in die Lage kommt, eine Spannung abzugeben.