Automatische Profilkopier-Werkzeugmaschine Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine auto matische Profilkopier-Werkzeugmaschine, gekenn zeichnet durch mindestens einen Träger für Form schablonen und Werkstück in zu geometrisch ähnli cher Bewegungsbahn mechanisch zwangsverbundener Anordnung, der in einer Vorschubrichtung und einer dazu querorientierten Zustellrichtung servomotorisch bewegbar ist, ein motorisch angetriebenes Formbear beitungswerkzeug, und einen mechanisch-elektrischen Tastwandler mit zum federnden Anstehen an der Formschablonenfläche ausgebildetem,
in seiner Längsachse verschiebbarem Tastfühler zur Erzeu gung der Steuergrösse für den Zustellservomotor des Trägers in vorzeichengerechter und grössenpropor- tionaler Beziehung zur momentanen Verschiebung des Tastfühlers aus seiner neutralen Mittelstellung, wobei zur Steuerung der Winkelorientierung des Tastfühlers und des Bearbeitungswerkzeuges zur örtlichen Form flächentangente nach vorgegebenem Programm in Funktion des Vorschubwertes sowohl der Tastwand- ler als auch das Bearbeitungswerkzeug auf miteinan der drehfest verbundenen Drehtellern montiert sind, deren momentane Drehstellung von einem program mierten Geber aus servomotorisch gesteuert wird,
ferner gekennzeichnet durch eine für mindestens an nähernd konstante Tangential-Vorschubgeschwindig keit einstellbare Steuergrössen-Erzeugungseinrichtung für den Vorschub-Servomotor.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Maschine sind in der Zeichnung dargestellt.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte automati sche Profil-Kopierschleifmaschine umfasst einen Kreuzschlitten 1, 2, dessen Oberschlitten 1 als Träger von auswechselbar darauf montierbaren Werkstücken W und einer Formschablone FS dient. Der Schlitten 1 ist in einer Vorschubrichtung x hin- und her- be weglich geführt in dem Unterschlitten 2 als Trag- schütten, der seinerseits in einer zur Vorschubrich tung x quer orientierten Zustellrichtung y festste henden Führungswangen 3 des Maschinengestelles hin- und her- beweglich geführt ist. Das Werkstück W bewegt sich also zwangsläufig auf einer kongruen ten Bewegungsbahn in Bezug auf die der Formscha blone FS.
Es könnte auch vorgesehen sein, das Werk stück W und die Formschablone FS auf eigenen Trä gern zu montieren, welche Träger, beispielsweise über einen Pantographen, in den erwähnten Richtungen zu geometrisch ähnlicher Bewegungsbahn, aber in anderem Grössenverhältnis, z. B. 1 : 10 oder 10 : 1, miteinander mechanisch zwangsverbunden sind.
Zur Bewegung des Schlittens 1 in der Vorschub richtung x dient eine Leitspindel 10, die von einer ta chometrisch gegengekoppelten Servoantriebseinheit, umfassend einen Servomotor Mx, einen Tachometerge nerator Gx mit Ausgangsspannung Ux, sowie einen Steuerverstärker Vx, je nach Grösse und Vorzeichen der Eingangssteuerspannung Ux zum Verstärker Vx mit entsprechend grösserer oder kleinerer Drehzahl vor- oder rückwärts angetrieben wird oder stillsteht, wenn die Eingangsspannung Ux des Verstärkers Vx den Wert 0 hat.
In gleicher Weise dient zur Bewegung des Trag schlittens 2 in seiner Führung und damit auch des Oberschlittens 1 in der Zustellrichtung y eine Leit- spindel 20, die von einer tachometrisch gegengekop pelten Servoantriebseinheit, umfassend einen Motor My, einen Tachometergenerator Gy mit Ausgangs spannung Uy, und einen Steuerverstärker Vy, in Ab hängigkeit vom Vorzeichen und der Grösse der Ein gangsspannung Uy zum Verstärker Vy vorwärts oder rückwärts angetrieben wird.
Von einer gemeinsamen Antriebwelle 40 aus werden zwei Drehtische 41 und 42 in drehwinkel- fester Verbindung um die Berührungspunkte P1 bzw. P., einer vom Tisch 41 getragenen Schleifscheibe S bzw. des Tastfühlerstiftes TF eines vom Tisch 42 getragenem Tastwandlers T mit der Formfläche des Werkstückes W, bzw. der Formschablone FS als Drehzentren gedreht. Zur Drehung der Drehtische 41, 42 bzw. der Welle 40 dient ein tachometrisch gegengekoppeltes Servoantriebssystem mit einem Servomotor Ma, einem Tachometergenerator Ga mit Ausgangsspannung Uα, und einem Verstärker Va. Durch Grösse und Vorzeichen der Eingangsspan nung Ua zum Verstärker Va werden Drehzahl und Drehsinn der Welle 40 bestimmt.
Auch der Antriebsmotor SM der Schleifscheibe ist auf dem Drehtisch 41 montiert. An Stelle einer Schleifscheibe könnte als Formbearbeitungswerkzeug z. B. auch ein motorisch angetriebener Fingerfräser auf dem Drehtisch 41 montiert sein.
Der mechanisch-elektrische Tastwandler T mit dem in seiner Längsachse verschiebbaren, unter Fe derkraft der Formfläche der Formschablone FS an stehenden Tastfühler TF ist in an sich bekannter Weise dazu bestimmt und ausgebildet, die elektri sche Steuerspannung Uy für den Anstellservomotor My zu erzeugen, die bezüglich ihres Vorzeichens (wenn es sich um eine Gleichspannung handelt) bzw. ihrer Phasenlage (wenn es sich um eine Wechsel spannung handelt) dem Vorzeichen der momentanen Verschiebung des Tastfühlers TF aus seiner neutralen Mittellage entspricht und in ihrer Grösse der Grösse der genannten Verschiebung aus der Mittellage ent spricht oder zu dieser Grösse proportional ist.
Es sind sog. induktive Tastwandler bekannt, bei denen bei einer Verschiebung des Tastfühlers um 0,01 mm aus der Mittellage bereits eine Fehlerspannung in der Grössenordnung von 1V entsteht. Es handelt sich da bei um mechanisch-magnetisch-elektrische Tastwand- ler, wie sie z. B. in der Schweiz. Patentschrift N 354002 dargestellt und beschrieben worden sind.
Der Zustellmotor My dreht sich also stets so, dass der Verschiebungsfehler des Tastfühlers aus seiner Mittellage praktisch auf dem Wert 0 bleibt.
Auf dem Schlitten 1 ist weiterhin auswechselbar eine Winkelprogrammschablone WS montiert, deren Höhe in Zustellrichtung y in Abhängigkeit eines vorgesehenen Orientierungswinkels a der Schleif scheibe S bzw. der Achse des Tastfühlers TF zur örtlichen Formflächentangente der Formschablone FS bzw. des Werkstückes W in Funktion des Vorschub wertes x nach vorgegebenem Programm ändert. Zur Abtastung dieser Höhe, d. h. des jeweiligen program mierten Sollwertes des Winkels a, dient ein Taster T' mit Tastfühler TF', der auf dem Tragschlitten 2 montiert ist.
Der Taster T' ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie der Taster T, d. h. er erzeugt eine Winkelsollwert-Spannung Uaα, die hinsichtlich Vor zeichen und Grösse der Auslenkung des Tastfühlers Ir aus seiner neutralen Mittelstellung entspricht. Von der Drehwelle 40 bzw. einer damit getrieblich verbundenen Hilfswelle 40' aus wird ein Istwert-Win- kelfühler la verstellt, der dazu bestimmt und ausge bildet ist, eine gleichartige Spannung Uaα wie die Spannung Uaα zu erzeugen, die in Vorzeichen und Grösse dem Momentanwert des Istwertes des Orien tierungswinkels a entspricht.
Die Sollwertspannung Uaα und die Istwertspannung Uaα werden im Diffe rentialübertrager DU untereinander verglichen, um die der Differenz Uaα-Uaα nach Vorzeichen und Grösse entsprechende Steuerspannung Ua für den Servoan- trieb Ma der Welle 40 zu bilden, derart, dass der eingestellte Orientierungswinkel a stets dem Pro gramm bzw. dem Vorschubwert x des Schlittens 1 entspricht.
Zur Erzeugung der Vorschubsteuerspannung Ux dient hier ein von Hand so einstellbarer Spannungstei ler Q, dass er eine Spannung Uxm abgibt, welche der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit für a = 0,) ent spricht. Diese Spannung wird über einen von der Welle 40' verstellten cosaαTransformator R in eine Spannung Ux = Uxm ³ cosa umgewandelt, wodurch erreicht wird, dass im Sinne einer Konstanthaltung der tangentialen Vorschubgeschwindigkeit die Vor schubgeschwindigkeit in der x-Richtung reduziert wird, wenn die Formfläche zur x-Richtung schräg steht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterschei det sich von demjenigen nach Fig. 1 nur in der Art der Erzeugung und Korrektur der Vorschubsteuer- αpannung Ux.
Die Ausgangsspannung Uy des Tachometergene- rators Gy auf der Leitspindel 20 wird verstärkt und gleichgerichtet und als Gleichspannung Uy zu einer entgegengesetzt polarisierten, einstellbaren Gleich spannung -Ux mit Hilfe der Widerstände R1 und R2 addiert. Die Differenz Ux-Uy wird in einem Modula- tor Mod in eine entsprechend grosse Wechselspan nung Ux umgewandelt, deren Phase dem Vorzeichen der genannten Differenz entspricht, so dass also eine Steuerspannung Ux entsteht, die den Vorschubmotor Mx so beeinflusst, dass die tangentiale Vorschubge schwindigkeit dauernd konstant bleibt.
Wenn nämlich die Signalspannung Uy des Tasters T anwächst, weil der Tastfühler TF an eine steile Partie der Formflä che der Formschablone FS anstösst bzw. von einer solchen zurück weicht, dreht sich der Zustellmotor My entsprechend rascher und vermag über den Gene rator Gy eine Gleichspannung Üy zu erzeugen, die im Bereich von a zwischen 0 und 90o die Grund- spannung-Ux zu erreichen bzw. bei überhängenden Formflächenpartien diese Grundspannung auch über treffen kann.
Dann wird eine entsprechend negative Vorschubbewegung ausgelöst. Auf diese Weise ist es also auch möglich, Profile mit einspringenden Partien zu kopieren.
Automatic profile copying machine tool The subject of the present invention is an automatic profile copying machine tool, characterized by at least one carrier for form templates and workpiece in a geometrically similar movement path mechanically forcibly connected arrangement, which can be moved by a servo motor in a feed direction and a transverse feed direction motor-driven form processing tool, and a mechanical-electrical probe transducer with a resilient contact with the form template surface,
In its longitudinal axis displaceable probe to generate the control variable for the feed servomotor of the carrier in a signed and size-proportional relationship to the momentary displacement of the probe from its neutral central position, whereby to control the angular orientation of the probe and the machining tool to the local shape area tangent according to the specified program in Function of the feed value, both the transducer and the machining tool are mounted on rotary plates that are connected to one another in a rotationally fixed manner, the current rotary position of which is controlled by a servomotor by a programmed encoder,
further characterized by a control variable generating device for the feed servomotor which can be set for at least approximately constant tangential feed speed.
Embodiments of the machine according to the invention are shown in the drawing.
The automatic profile copy-grinding machine shown schematically in FIG. 1 comprises a compound slide 1, 2, the top slide 1 of which serves as a carrier for workpieces W which can be interchangeably mounted thereon and a template FS. The slide 1 is guided to and fro in a feed direction x in the lower slide 2 as a support chute, which in turn is guided to and fro in a feed direction y oriented transversely to the feed direction y, fixed guide cheeks 3 of the machine frame is. The workpiece W therefore inevitably moves on a congruent trajectory with respect to that of the Formscha blone FS.
It could also be provided that the work piece W and the template FS on their own Trä like to assemble which carrier, for example via a pantograph, in the directions mentioned to a geometrically similar trajectory, but in a different size ratio, z. B. 1:10 or 10: 1, are mechanically forcibly connected to each other.
To move the carriage 1 in the feed direction x, a lead screw 10 is used, which is driven by a ta chometrically counter-coupled servo drive unit, comprising a servo motor Mx, a tachometer generator Gx with output voltage Ux, and a control amplifier Vx, depending on the size and sign of the input control voltage Ux Amplifier Vx is driven forwards or backwards at a correspondingly higher or lower speed or is at a standstill when the input voltage Ux of amplifier Vx has the value 0.
In the same way, a lead screw 20, which is driven by a tachometrically counter-coupled servo drive unit, comprising a motor My, a tachometer generator Gy with an output voltage Uy, is used to move the carriage 2 in its guide and thus also the top carriage 1 in the feed direction y. and a control amplifier Vy, depending on the sign and the size of the input voltage Uy to the amplifier Vy is driven forward or backward.
From a common drive shaft 40, two turntables 41 and 42 are connected to the contact points P1 and P., a grinding wheel S carried by the table 41 and the probe stylus TF of a probe transducer T carried by the table 42 with the shaped surface of the workpiece W, or the template FS rotated as turning centers. A tachometrically counter-coupled servo drive system with a servo motor Ma, a tachometer generator Ga with output voltage Uα, and an amplifier Va is used to rotate the turntables 41, 42 or the shaft 40. The size and sign of the input voltage Ua to the amplifier Va determine the speed and direction of rotation the shaft 40 is determined.
The drive motor SM of the grinding wheel is also mounted on the turntable 41. Instead of a grinding wheel could be used as a form machining tool z. B. a motor-driven end mill can be mounted on the turntable 41.
The mechanical-electrical probe transducer T with the displaceable in its longitudinal axis, under spring force of the form surface of the template FS on standing touch probe TF is intended and designed in a known manner to generate the electrical cal control voltage Uy for the servo motor My, the related Its sign (if it is a direct voltage) or its phase position (if it is an alternating voltage) corresponds to the sign of the momentary displacement of the touch probe TF from its neutral central position and its size corresponds to the size of the said displacement from the central position corresponds to or is proportional to this quantity.
So-called inductive probe transducers are known in which an error voltage in the order of magnitude of 1V arises when the probe is shifted by 0.01 mm from the central position. These are mechanical-magnetic-electrical probe transducers, as they are e.g. B. in Switzerland. Patent N 354002 have been shown and described.
The feed motor My therefore always rotates in such a way that the displacement error of the touch probe from its central position practically remains at the value 0.
An interchangeable angle program template WS is also mounted on the carriage 1, the height of which in the feed direction y is dependent on an intended orientation angle a of the grinding wheel S or the axis of the feeler sensor TF to the local tangent of the form surface of the form template FS or of the workpiece W as a function of the feed value x changes according to the specified program. To scan this height, i. H. of the respective programmed setpoint value of the angle a, a button T 'with touch probe TF', which is mounted on the support carriage 2, is used.
The button T 'is basically the same as the button T, i. H. it generates an angle setpoint voltage Uaα which, in terms of sign and magnitude, corresponds to the deflection of the feeler probe Ir from its neutral central position. An actual value angle sensor 1 a is adjusted from the rotary shaft 40 or an auxiliary shaft 40 'connected to it in a geared manner, which is intended and designed to generate a similar voltage Uaα. as the voltage Ua? to generate, which corresponds in sign and size to the instantaneous value of the actual value of the orientation angle α.
The setpoint voltage Ua? and the actual value voltage Ua? are compared with one another in the differential transformer DU in order to reduce the difference Ua? -Ua? to form the corresponding control voltage Ua for the servo drive Ma of the shaft 40 according to its sign and size, such that the set orientation angle a always corresponds to the program or the feed value x of the slide 1.
A manually adjustable voltage divider Q is used to generate the feed control voltage Ux so that it emits a voltage Uxm which corresponds to the desired feed rate for a = 0.). This voltage is converted into a voltage Ux = Uxm³ cosa via a cosaα transformer R adjusted by the shaft 40 ', whereby it is achieved that, in the sense of keeping the tangential feed rate constant, the feed rate in the x-direction is reduced when the Form surface is inclined to the x-direction.
The embodiment of Fig. 2 differs from that of Fig. 1 only in the manner in which the feed control α voltage Ux is generated and corrected.
The output voltage Uy of the tachometer generator Gy on the lead screw 20 is amplified and rectified and added as a direct voltage Uy to an oppositely polarized, adjustable direct voltage -Ux with the aid of the resistors R1 and R2. The difference Ux-Uy is converted in a modulator Mod into a correspondingly large alternating voltage Ux, the phase of which corresponds to the sign of the difference mentioned, so that a control voltage Ux is created that influences the feed motor Mx in such a way that the tangential feed rate remains constant.
Namely, if the signal voltage Uy of the button T increases because the probe TF hits a steep part of the Formflä surface of the template FS or deviates from such, the feed motor My rotates correspondingly faster and is able to generate a DC voltage Uy via the generator Gy which can reach the basic voltage Ux in the range of a between 0 and 90o or can exceed this basic voltage in the case of overhanging mold surface parts.
Then a correspondingly negative feed movement is triggered. In this way it is also possible to copy profiles with re-entrant parts.