Gesteuerte Drehmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine gesteuerte Drehmaschine mit mindestens zwei gesteuerten Vor schubrichtungen für das Werkzeug.
Bekannte mechanisch oder hydraulisch gesteuerte Drehmaschinen mit einem Längsschlitten zur Bewegung des Werkzeuges in Richtung der Drehachse des Werk stückes und einem Querschlitten zur Bewegung des Werkzeuges in einer dazu senkrechten Richtung weisen den Nachteil auf, dass die Schnittbedingungen des Werk- zeuges nicht für alle am gleichen Werkstück vorgenom menen Drehvorgänge optimal sind.
Bildet beispielsweise beim Längsdrehen einer ersten Fläche die Schneidkante des Drehstahls mit der Arbeits fläche einen optimalen Einstellwinkel, so ist dies bei einem anschliessenden Plandrehen einer zur ersten Fläche geneigten zweiten Fläche nicht mehr der Fall.
Zweck der Erfindung ist, diesen Nachteil zu ver meiden.
Erfindungsgemäss ist die Drehmaschine dadurch ge kennzeichnet, dass das Werkzeug auf einem um eine zur Drehachse des Werkstückes senkrechte Achse drehbaren Rundschlitten befestigt ist, dessen Antrieb ebenfalls ge steuert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an schliessend anhand von Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung, Teile einer Drehmaschine und einer nummerischen Steuerung, Fig. 2 in schematischer Darstellung die Werkzeug bewegung bei einem Bearbeitungsvorgang.
In Fig. 1 sind ein Längsschlitten 3 und ein Quer schlitten 5 einer Drehmaschine ersichtlich. Der Längs schlitten 3 ist auf im Maschinenbett verankerten Füh rungen 1 verschiebbar angeordnet. Der Querschlitten 5 ist auf nicht dargestellten Führungen verschiebbar an geordnet, welche sich auf dem Längsschlitten 3 befinden. Ein Sockel 6 ist auf den Querschlitten 5 aufgeschraubt. Auf dem Sockel 6 ist ein Rundschlitten 7 um eine Achse 24 drehbar angeordnet. Der Rundschlitten 7 trägt einen Werkzeughalter 9 mit einem Werkzeug 10, dessen Spitze mit 12 bezeichnet ist. Ferner ist ein Werkstück 14 ersichtlich, das in einen Mitnehmer 13 eingespannt ist. Die Führungen 1 des Längsschlittens 3 liegen par allel zur Drehachse 17 des Mitnehmers 13. Die Be wegungsrichtung des Längsschlittens 3 wird im folgen den mit y-Richtung bezeichnet.
Die Bewegungsrichtung des Querschlittens 5 liegt senkrecht zur y-Richtung und wird mit x-Richtung bezeichnet. Die Drehachse 24 des Rundschlittens 7 liegt senkrecht zur Drehachse 17 des Werkstückes 14 und senkrecht zu den x- und y-Rich- tungen, also in z-Richtung. Der Drehwinkel des Rund schlittens 7 um die Drehachse 24 wird in der Folge mit p bezeichnet.
Eine Verstellspindel 19 ist durch eine nicht darge stellte, im Längsschlitten 3 befestigte Gewindemutter ge führt. Eine weitere Verstellspindel 21 ist durch eine nicht dargestellte, im Querschlitten 5 befestigte Gewinde mutter geführt. Eine dritte Verstellspindel 23 ist durch ein auf dem Sockel 6 befestigtes Lager 8 geführt und steht mit einem nicht dargestellten, am Rundschlitten 7 befestigten Zahnkranz in Eingriff.
Jede Verstellspindel 19, 21, 23 ist mit einem Stell glied 25, 27 bzw. 29 gekuppelt, das beispielsweise einen Verstellmotor, ein Getriebe und Schaltungsteile enthält, die zur Umwandlung einer elektrischen Stellgrösse in einen Steuerstrom für den Motor erforderlich sind. Fer ner ist mit jeder Verstellspindel 19, 21, 23 ein Mess- glied 31, 33 bzw. 35 gekuppelt.
Ein Lochstreifen 41 ist als Programmträger zwischen zwei Tragspulen 40 angeordnet. Ein Lesegerät 42 gibt elektrische Impulse an ein Programmsteuerwerk 43 ab. Dieses ist einerseits über die Leitung 45 mit weiteren, nicht dargestellten Maschinenteilen verbunden und an derseits über die Leitung 47 mit einem Interpolator 49 verbunden. Ausgangssignale des Interpolators 49 gelan gen über die Leitungen 51, 53 und 55 an die einen Eingänge von Vergleichern 57, 59 und 61. An die an deren Eingänge der Vergleichen 57, 59 und 61 sind die Ausgangssignale der Messglieder 31, 33, 35 geführt. Die Ausgänge der Vergleicher 57, 59 und 61 sind mit den Stellgliedern 25, 27 bzw. 29 verbunden.
Der Lochstreifenleser 42 liefert im Lochstreifen 41 kodiert gespeicherte Steuer- und Formsignale an das Programmsteuerwerk 43. Im Programmsteuerwerk er folgt die Dekodierung und Speicherung dieser Signale sowie die Verteilung der dekodierten Signale gemäss ihren verschiedenen Funktionen. So werden beispiels weise Signale, welche Schaltinformationen, also Vor- bereitungs- und Hilfsinformationen betreffen, wie Ein- und Ausschalten von Hauptspindeldrehzahlen des Kühl mittelzuflusses usw., auf die Leitung 45 geschaltet. Formsignale oder Koordinatensignale, die Weginforma tionen entsprechen, werden dagegen auf die Leitung 47 durchgeschaltet.
Im Programmsteuerwerk kann auch ein Prüfsystem eingebaut sein, welches einerseits die vom Lochstreifenleser kommenden Signale und anderseits an hand eines Testprogrammes die Funktionen der Ma schinensteuerung überprüft. Zudem erfolgt im Pro grammsteuerwerk die koordinatenrichtige Durchschal tung der Signale.
Im Interpolator 49 erfolgt die Erzeugung der Soll wertvorgabesignale für den Antrieb des Längsschlittens 3, des Querschlittens 5 und des Rundschlittens 7. Aus den wenigen, vom Lochstreifen über das Programm steuerwerk 43 kommenden Informationen für die Kur venstücke, aus denen sich die Bahnkurve zusammen setzt, längs welcher das Werkstück bearbeitet werden soll, werden durch den Interpolator innerhalb jedes Kurvenstückes zahlreiche Bahnpunkte ermittelt und als Sollwerte an die Vergleicher 57, 59, 61 abgegeben.
Die Abfrage der im Interpolator 49 gespeicherten Vorgabewerte oder die Auslösung von Rechenopera tionen erfolgt durch Steuersignale, die dem Interpolator über das Programmsteuerwerk 43 vom Lochstreifen 41 zugeführt werden. Solche Steuersignale gelangen jeweils zu Beginn der Bearbeitung jedes Streckenstückes der Arbeitsfläche des Werkstückes an den Interpolator 49 und umfassen beispielsweise Informationen über den totalen Vorschub in den x- und y-Richtungen, den Drehradius und den Drehwinkel p der Werkzeugspitze. Zu diesem Zweck enthält der Interpolator 49 in bekann ter Weise Rechen- und/oder Speicherelemente.
Zudem erfolgt im Interpolator 49 die Koordinierung der für die verschiedenen Vorschubrichtungen x, y, 99 eines Kurvenstückes ermittelten Sollwerte in der Weise, dass das Werkzeug mit dem Werkstück längs der gewünsch ten Bahnkurve kontinuierlich in Eingriff bleibt und zu dem in jedem Punkt der Bahnkurve den gleichen Winkel zur Tangente an die Bahnkurve bildet. Der Interpolator 49 gibt hierbei für jede Koordinate x, y, p getrennte Impulse an die Leitungen 53, 51, 55 ab, wobei der Abstand der Impulse einem festgelegten Inkrement der betreffenden Koordinate der Bahnkurve entspricht und die Impulsfrequenz massgebend für die Vorschubge schwindigkeit des Werkzeuges längs der Bahn ist.
Die vom Interpolator 49 ermittelten Sollwerte für die Antriebe des Längsschlittens 3, des Querschlittens 5 und des Rundschlittens 7 werden in den diesen An trieben zugeordneten Vergleichern 57, 59, 61 mit den von den Messgliedern 31, 33, 35 gelieferten Ist-Werten verglichen. Die durch den Vergleich gewonnene Ab weichung wird als Stellgrösse den Stellgliedern 25, 27, 29 zugeführt.
Das die Messglieder enthaltende Messsystem kann digital sein. In diesem Fall bestehen die Vergleicher 57, 59, 61 aus Differenzzählern, deren Stand über einen nicht dargestellten Digital-Analog-Wandler den Stell gliedern 25, 27, 29 zugeführt wird. Arbeiten dagegen die Messglieder analog, so wird auch der Vergleich der Soll-Ist-Werte analog vorgenommen. Hierzu werden die digitalen Sollwerte des Interpolators 49 den Vergleichern 57, 59, 61 über nicht dargestellte Digital-Analog-Wand- ler zugeführt. Ist das Mess-System nicht inkremental, sondern absolut, so müssen die vom Integrator 49 kom menden Impulse zuerst in Integratoren vorzeichenrichtig aufsummiert werden.
In der in Fig. 1 schematisch dargestellten numme- rischen Steuerung ist ein Innen-Interpolator verwendet, welcher die Berechnung der Punkte der durch das Werkzeug nachzufahrenden Bahn und des Einstellwin kels des Werkzeuges für jeden Punkt vornimmt und die entsprechenden Vorgabewerte für die Antriebe erzeugt. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Steuerung be steht in an sich bekannter Weise in der Verwendung eines Aussen-Interpolators, der alle interpolierten Ein zelwerte in digitaler oder analoger Form gespeichert ent hält, beispielsweise auf einem Magnetband, und diese der Steuerung zuführt. Die Steuerung der Drehmaschine ist dann einfacher, da sie keinen Interpolator mehr ent hält.
Dagegen wird die Programmierung komplizierter und es besteht die Abhängigkeit von einem Rechen zentrum und einem störanfälligen und aufwendigen Ma gnetbandabspielsystem.
Für Bearbeitungsvorgänge, bei welchen jeweils nur in einer Koordinatenrichtung x, y verfahren wird, indem nur der Querschlitten 5 oder der Längsschlitten 3 (Fig. 1) verschoben wird, sind die Erfordernisse einer reinen Streckensteuerung massgebend.
Diese umfassen die Vorgabe des Anfangs- und Endpunktes der Strecke, längs welcher verfahren wird, oder auch nur des End punktes allein, sowie die Vorgabe des Einstellwinkels des Werkzeuges bezüglich der Arbeitsfläche des Werk stückes und die Vorschubgeschwindigkeit. Die entspre chenden Vorgabewerte können dem Lochstreifen 41 bzw. dem Programmsteuerwerk 43 direkt entnommen werden, da sie dort auf alle Fälle gespeichert sind. Der Interpolator ist für solche Bearbeitungsvorgänge also an sich nicht nötig.
Das Gleiche gilt für das Erzeugen von Ausdrehungen, wie Rinnen, deren Kontur kreisbogen förmig ist, allerdings nur unter der Voraussetzung, dass der Abstand der Drehspitze 12 des Werkzeuges 10 von der Drehachse 24 des Rundschlittens 7 für einen vor gegebenen Einstellwinkel mit dem Radius des Kreis bogens der Ausnehmung übereinstimmt. Trifft dies zu, so muss für das Ausdrehen nur der Rundschlitten 7 ge dreht werden, nicht aber der Längsschlitten 3 oder der Querschlitten 5.
Ein automatisches Verstellen des Werkzeuges, um ihm entlang einer vorgegebenen Bahn in jeder Lage einen vorbestimmten, beispielsweise konstanten Einstell winkel zur Arbeitsfläche zu geben, sowie das Nachfüh ren des Werkzeugs entlang der gewünschten Bahn, be dingt aber gleichzeitige Bewegungen des Werkzeuges in allen drei Richtungen x, y und (p. Dies ist auch er forderlich, wenn im Verbindungspunkt zweier nicht stetig ineinander übergehender Streckenabschnitte der Einstellwinkel des Werkzeuges zur Arbeitsfläche so ver stellt werden soll, dass die Werkzeugspitze in Berührung mit dem Werkstück bleibt.
In diesem Fall muss das Werkzeug um seine Spitze gedreht werden, was gleich zeitige Vorschübe in x- und y-Richtung sowie ein Dre hen des Rundschlittens erfordert. Zur Erzeugung der Vorgabewerte für die den genannten Bewegungsrich tungen entsprechenden Antriebe gemäss den funktionel len Zusammenhängen zwischen den Koordinaten x, y, p ist deshalb in an sich bekannter Weise der Inter- polator 49 vorgesehen. Da die Bahnkurve der Werk zeugspitze 12 vom Drehwinkel p des Rundschlittens 7 um seine Drehachse 24 abhängt, ist es zweckmässig, die der gewünschten Bahnkurve der Werkzeugspitze ent sprechende Bahnkurve der Drehachse 24 sowie den Drehwinkel p des Werkzeugs 10 zu programmieren.
Anhand der Fig. 2 wird im folgenden der Ablauf eines Bearbeitungsganges beschrieben. Das im Schnitt durch seine Drehachse 17 teilweise dargestellte zylin drische Werkstück 14 ist hierbei mit der bereits be arbeiteten Stirnseite gezeigt, welche aus zwei plange drehten Teilen und einer kreisförmigen, im Schnitt von einem Kreisbogenabschnitt begrenzten Rinne 16 besteht. Die Bahn 65 des mit der Drehachse 24 des Rund schlittens 7 (Fig. 1) übereinstimmenden Schwenkzen trums 24 des Drehstahls 10 ist mit den Buchstaben A bis I bezeichnet und setzt sich aus den Strecken A-B, B-C, C-D usw. zusammen. Die entsprechende Bahn 67 der Drehstahlspitze 12 verläuft gemäss den Punkten A' bis I'. Die Verbindungsgeraden der Drehstahlspitze 12 mit dem Schwenkzentrum 24 stellen demnach jeweils für jede Lage die Geraden A/A', B/B', C/C usw. dar.
Zur Verwirklichung der optimalen Schnittbedingun gen weist der Drehstahl 10 einen entsprechenden Ein stellwinkel y zwischen der Schnittfläche 11 und der Arbeitsfläche 15 oder einen Einstellwinkel a auf, mit welchem die Verbindungsgerade der Drehstahlspitze mit dem Schwenkzentrum 24 gegenüber der Arbeitsfläche 15 bzw. der Tangente an die Bahnkurve der Drehstahl spitze 12 im Bearbeitungspunkt geneigt ist. In Fig. 2 sind diese Einstellwinkel a für verschiedene Punkte <B>C</B>, D', E', F' und H' eingezeichnet. Um die Übersicht nicht zu erschweren, ist hierbei der Drehstahl 10 selbst nur im Punkt C der Drehstahlspitze 12 dargestellt. In Fig. 2 sind ferner die drei Bewegungsrichtungen y, x und q, entsprechend den Bewegungsrichtungen des Längsschlittens 3, des Querschlittens 5 und des Rund schlittens 7 (Fig. 1) eingezeichnet.
In der Ausgangslage befindet sich das Schwenk zentrum 24 des Drehstahls 10 im Punkt A und die Drehstahlspitze 12 im Punkt A'.
In einem ersten Bewegungsvorgang wird das Schwenkzentrum 24 in x-Richtung in den Punkt B ver schoben, so dass die Drehstahlspitze 12 in den Punkt B' zu liegen kommt. Gemäss Fig. 1 geschieht dies durch Verschieben des Querschlittens 5. In einem zweiten Be wegungsvorgang erfolgt die Verschiebung des Schwenk zentrums in y-Richtung von Punkt B zu Punkt C bzw. der Drehstahlspitze von Punkt B' zum Punkt C. Hierzu wird der Längsschlitten 3 verschoben. Die Drehstahl spitze 12 ist nun in der zur Bearbeitung der Stirnseite des Werkstückes 15 erforderlichen Lage eingerichtet und weist zudem den gewünschten Einstellwinkel a zur anschliessend bearbeiteten Oberfläche auf.
Im dritten Bewegungsvorgang erfolgt das Plandrehen des Werkstückes bis zum Punkt D'. Hierzu wird wieder um mit dem Querschlitten 5 in y-Richtung gefahren, so dass das Schwenkzentrum in den Punkt D zu liegen kommt.
Nun hat das Drehen der Rinne 16 zu erfolgen, wozu erst der Drehstahl in den gewünschten Einstell winkel a zur Tangente an die kreisbogenförmige Bahn 16 im Punkt D' gebracht werden muss. Zu diesem Zweck wird in einem vierten Bewegungsvorgang ein gleichzeitiges Verschieben des Längsschlittens 3 (y-Rich- tung) und des Querschlittens 5 (x-Richtung) sowie ein Drehen des Rundschlittens 7 um den Winkel ss derart vorgenommen, dass die Drehstahlspitze 12 im Punkt D' in Ruhe bleibt. Das Schwenkzentrum 24 macht eine Be wegung längs eines Kreisbogens vom Punkt D zum Punkt E, wobei die sich ergebende Verschiebung des Schwenkzentrums 24 in der x- bzw. y-Richtung durch Korrekturverschiebungen des Längs- und Querschlittens entsprechend und in Abhängigkeit der z-Bewegung kom pensiert werden. Die Punkte D' und E' fallen demnach zusammen.
Im anschliessenden fünften Bewegungsvorgang, dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang, wird der Drehstahl 10 durch gleichzeitiges Verschieben des Längsschlittens 3 (y-Richtung) und des Querschlittens 5 (x-Richtung) so wie durch Drehen des Rundschlittens so entlang der Bahnkurve 16 geführt, dass in jedem Punkt die Ver bindungsgerade Drehstahlspitze-Schwenkzentrum mit der Tangente an die Bahnkurve den gleichen konstanten Winkel a bildet. Dadurch sind die optimalen Schnitt bedingungen für den Drehstahl in jedem Bearbeitungs punkt erfüllt. Das Schwenkzentrum beschreibt während dieses Vorganges einen Kreisbogen zwischen den Punk ten E-F-G, dessen Zentrum der Mittelpunkt M der kreisbogenförmigen Kontur 16 ist.
Die totale Drehung beträgt aus Symmetriegründen 2 ss.
Im Punkt G' wird nun in einem sechsten Bewegungs vorgang der Drehstahl 10, wie bereits beschrieben, so um seine Spitze 12 gedreht, dass der Einstellwinkel zur anschliessend bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes 15 wieder a beträgt (Drehwinkel ss). Das Schwenk zentrum folgt hierbei wiederum einem Kreisbogen, näm lich vom Punkt G zum Punkt H.
In einem siebten Bewegungsvorgang erfolgt das Plandrehen des Randteiles des Werkstückes 14, indem durch Verschieben des Querschlittens 5 (x-Richtung) das Schwenkzentrum 24 vom Punkt H nach dem Punk I und damit die Drehstahlspitze 12 vom Punkt H' nach dem Punkt I' geführt wird.
Im achten und letzten Bewegungsvorgang gelangt das Schwenkzentrum 24 und die Drehstahlspitze 12 durch entsprechendes Verschieben des Längsschlittens 3 (y-Richtung) vom Punkt I bzw. I' zum Punkt A bzw. A' in die Ausgangslage zurück.
Für alle diese Bewegungsvorgänge erfolgt die Steue rung der Antriebe durch den Interpolator 49. Während es sich bei den Verschiebungen des Werkzeuges in der x- oder y-Richtung, also beispielsweise in den Strecken abschnitten A-B oder B-C um die Steuerung eines ein zelnen Antriebes handelt, der das Werkzeug innerhalb einer vorgegebenen Strecke mit einer vorgegebenen Vor schubgeschwindigkeit bewegt, müssen im Fall der ge bogenen Bahnkurve unter Berücksichtigung des Schnitt winkels des Werkzeuges allen drei Antrieben Verstell signale zugeführt werden, die in einer bestimmten vor gegebenen mathematischen Beziehung stehen.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass zu diesem Zweck nicht die charakteristischen Werte der Bahnkurve, d. h. der Kurve der Werkzeugspitze 12, in den Interpolator 49 eingegeben und gespeichert werden sollen, sondern die jenigen der Kurve der Drehachse 24 und der Winkel lage des Rundschlittens 7.
Während im vorangehenden ein Ausführungsbei spiel mit einer nummerischen Steuerung beschrieben ist, besteht auch die Möglichkeit, die dieser Erfindung zu grunde liegende Aufgabe mit einer hydraulischen oder elektrischen Steuerung mit an sich bekannten Steue- rungsmitteln zu lösen. Hierzu sind jedoch für jede Be wegungsrichtung x, y und p getrennte Eingabemittel, wie Schablonen, Schienenfelder oder dergleichen not wendig, die aufeinander abgestimmt sind. Eine numme- rische Steuerung weist gegenüber diesen Lösungen den Vorteil grösserer Vielseitigkeit und Genauigkeit auf.