Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit eines geregelten Vorschubantriebes einer Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit eines geregelten Vors chub an- triebes einer Werkzeugmaschine, bei welcher der Schk.t- ten der Werkzeugmaschine von einem Stellglied über eine Vorschubschalteinrichtung für die Bereitstellung des Hydraulikdruckes angetrieben und durch eine Schlittenbremse zum Zeitpunkt des Erreichens der vorgewähiten Position abgebremst wird, und wobei die Differenzspannung eines Solijstwertvergleichers einem Regelverstär- ker zugeführt wird, dessen Ausgang das Stellglied ansteuert,
sowie eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens.
Die in Regelkreisen enthaltenen Verstärker weisen oft eine nachteilige Störgrösse, d. h. eine Drift der Ausgangsspannung auf, weiche in Vorschubantrieben zu Ungenauigkeiten bei der Positionierung des Maschinenschlittens führt.
Es ist ein Verfahren zur Driftkompensation von Oleichspannungsverstärkern bekannt, bei welchem der Verstärkereingang periodisch von der Signalquelle getrennt und auf einem Bezugswiderstand geschaltet wird.
Während dieser periodischen Trennung ist ein Gegenkopplungskreis vom Ausgang auf den Eingang des Verstärkers eingeschaltet, so dass die Ausgangs drift kompensierend auf den Verstärkereingang wirkt. Die R-C Glieder im Gegenkopplungskreis sind so dimensioniert dass sich die am Verstärkereingang anliegende Ausgangsspannung während des periodischen Umschaltens nur gering verändert. Um Verzerrungen des Ausgangssignals gegenüber dem Steuersignal gering zu halten, sind die Umschaltzeiten kleiner als die möglichen schnellsten Änderungen des Steuersignals gewählt.
Der Nachteil des aufgezeigten Verfahrens besteht darin, dass die elektromechanischen oder elektronischen Schalter zum periodischen Trennen des Verstärkereingangs von der Signalquelie durch einen zusätzlichen Im puisgeber gesteuert werden müssen und dass zusammen mit dem Oegenkoppiungskreis und Bezugswiderstand ein grösserer Schaltungsaufwand zur Kompensation verbunden ist.
Zweck der Erfindung ist es, den Schaltungsaufwand zur Kompensation von Störgrössen in einem geregelten Vorschubantrieb zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgangsdrift des Regelverstärkers innerhalb einer Reihenfolge von Schaltvorgängen des Vorschubantriebes so zu kompensieren, dass die Positioniergenauigkeit erhöht wird.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schaltvorgänge beim Ausschalten des Vorschubantriebes nach einer zeitlichen Reihenfolge ablaufen, in welcher zuerst der Sollwert auf Null-Potential und nachfolgend das Stellglied abgeschaltet, anschliessend die Schlittenbremse eingeschaltet und zuletzt die Vorschub- schalteinrichtung abgeschaltet wird, und dass die Ausschaltung des Stellgliedes durch zeitverzögertes Trennen des Stellgliedes vom mit einer störenden Drift behafteten Ausgang eines Regelverstärkers erfolgt.
Für den Anlauf des Vorschubantriebes können die Schaltvorgänge beim Einschalten in umgekehrter Reihenfolge mit gleichen und/oder veränderten Verzögerungszeiten ausgelöst werden.
Weiterhin kann der Ausgang des Regelverstärkers auf den ersten Eingang einer dritten Reiaisschaltung und der Ausgang dieser Relaisschaitung auf den Anschluss des Stellantriebes geführt sein und der erste Ausgang einer Zeitschlaltkette mit dem Eingang einer zweiten Re laisschaltung, der zweite Eingang der Zeitschaitkette mit dem Eingang einer ersten Relaisschaltung, der dritte Ausgang der Zeitschaltkette mit dem zweiten Eingang der dritten Reiaisschaltung und der vierte Ausgang der Zeitschaltkette mit dem ersten Eingang einer vierten Relaisschaltung verbunden sein, wobei der Eingang der ersten Zeitschaltkette auf den Ausgang einer zweiten Zeitschaltkette geführt ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass in der ersten und zweiten Zeitrelaiskette mehrere Relais mit einstellbarer Abfallzeit vorgesehen sind und dass Verriegelungskontakte zum wechselseitigen, nacheinander erfolgenden Auslösen der abfailverzögerten Relais in den Zeitschaltketten vorgesehen sind, wobei die Zeitschaltketten über Öffner gegenseitig so verriegelt sind, dass immer nur eine Zeitschaltkette mit geschlossenen Kontakten in den Relaiszuleitungen am Befehlseingang angeschlossen ist.
Zur Driftabschaltung des Regelverstärkers können der Istwerteingang des Soll-Istwert-Vergleichers und der Eingang einer Nullprüfeinrichtung zusammengeschaltet mit dem Ausgang eines Istwertgebers verbunden sein, wobei der Ausgang der Nullprüfeinrichtung auf den Aufrufeingang der dritten Relaisschaltung geführt ist.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch die zeitliche Schaltfolge während des Ein- und Aus schal- tens des Vorschubantriebes ein stetiges Arbeiten des Regelantriebes erreicht und durch die mit geringem Schaltungsaufwand erreichte Driftkompensatilon der Ausgangsspannung des Regelverstärkers die Positionierge nauiglceit erhöht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist das Blockschaltbild des Vorschub-Regelantriebes dargestellt.
Der Ausgang des Regelverstärkers 10 ist auf den ersten Eingang der Relaisschaltung R3 und der Ausgang der Relaisschaltung R3 auf den Anschluss des Servoventils 3 vom Stellglied S geführt. Der erste Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 ist mit dem Eingang der Relaisschaltung R2, der zweite Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 mit dem Eingang der Relaisschaitung R1, der dritte Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 mit dem zweiten Eingang der Reiaisschaltung R3 und der vierte Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 mit dem ersten Eingang der Re laisschaltung R4 verbunden. Der Eingang der Zeitschaltkette ZR1 ist auf den Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 geführt.
Der Schlitten 5 der Werkzeugmaschine ist mechanisch mit dem Stellglied S, beispielsweise aus dem Hydraulikmotor 4 und dem Servoventil 3 bestehend, verbunden. Der Antrieb des Stellgliedes S erfolgt von der Hydraulikpumpe 1 über die Vorschubschaltung 2. An der Hydraulikpumpe 1 ist weiterhin die Schaltvorrichtung 6 der Schlittenbremse angeschlossen. Die Vorschubschaltung 2 ist ausserdem mit dem Ausgang der Relaisschaltung R1 und die Schaltvorrichtung 6 mit der Relaisschaltung R2 verbunden. Der Regelkreis besteht aus dem Stellglied S, dem Istwertgeber 7, der mit dem Schlitten 5 gekoppelt ist, dem Soll-Istwert-Vergleicher 9, dem Regelverstärker 10 und der Relaisschaltung R3.
Zur Sollwertvorgabe für den Regelkreis ist die Relaisschaitung R4 vorgesehen, deren Ausgang mit dem Soll4stwert- Vergleicher 9, deren zweiter Eingang mit der Relaisschaltung R5 zur Soliwertauswaht und deren dritter Eingang mit dem Soliwertbereitstelier 8 verbunden ist. Der Istwerteingang des Soll-Istwert-Vergieichers 9 und dér Eingang der Nullprüfeinrichtung N sind zusammellge- schaltet mit dem Ausgang des Istwertgebers 7 verbunden. Der Ausgang der Nuliprüfeinrichtung ist auf den Aufrufeingang B der Relaisschaltung R3 geführt.
Um ein schnelles und möglichst fehlerloses Reagieren des Vorschubantriebes auf vorgegebene Sollwerte und mögliche Störgrössen zu erzielen, ist der gesamte Antrieb als Regelantrieb ausgebildet. Durch den Soll wertbereitsteller 8 werden der Relaissehaltung R4 verschiedene Sollwerte zur Verfügung gestellt. Die Relaisschaltung R5 wählt die entsprechenden Sollspannungen aus, und über die Relaissehaftung R4 werden diese dem Soll-Istwert-Vergleicher 9 zugeführt. Die vom Istwertgeher 7 gemessene Geschwindigkeit des Schlittens 5 bzw.
Drehzahl des Stellgliedes S gelangt als Istspannung ebenfalls in den Soll-Istwert-Vergleicher 9. Die Differenz zwischen Soll- und Istwert wird dem aus einem oder mehreren Gleichstromverstärkern bestehenden Regel verstärker 10 zugeführt, und dieser steuert über die Relaisschaltung R3 den elektrischen Teil des Servoventüs 3 des Stellgliedes S. Sobald die Vorschubschaltung 2 von der Relaisschaftung R1 aufgerufen ist und somit der Hydraulikdruck am Servoventil 3 ansteht, wird der Hydrau likmotor 4 entsprechend dem vorgegebenen Sollwert in Drehung versetzt, und dieser verschiebt den Schlitten 5 der Werkzeugmaschine.
Ein stetiges Arbeiten des Regelantriebes wird besonders durch die zeitliche Schaltfolge der einzelnen Stellund Regelglieder während des Ein- und Ausschaltvorganges erreicht. Nachdem auf den Befehlseingang A der Zeitschaltkette ZR2 ein Startsignal gelangt ist, wird die Relaisschaltung R1 über die Zeitschaltkette ZR1 aufgerufen und damit die Vorschubschaitung 2 eingeschaltet. Die Vorschubschaltung 2 besteht im Beispiel aus einem hydraulischen Wegeventil, welches den Hydraulikdruck auf das Servoventil 3 bzw. zurück auf die Hydraulikpumpe 1 gibt. Bei anderen Antrieben kann die Vorschubschaitung 2 auch als elektromechanische Kupplungen zum Einschalten bestimmter Drehzahlbereiche des Stellgliedes S ausgebildet sein.
Nach einer in der Zeitschaltkette ZR2 eingestellten Zeit wird über die Zeitschaltkette ZR1 die Relaissehaltung R2 eingeschaltet, so dass die Schaltvorrichtung 6 die Schlittenbremse löst. Danach schaltet die Reiaisschaltung R3, welche wiederum zeitverzögert von der Zeitschaltkette ZR1 angesteuert wurde, die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 10 auf den elektrischen Teil des Servoventils 3 des Stellgliedes S. Anschliessend wird die Relaisschaltung R4 aufgerufen und damit der ausgewählte Sollwert auf den Soll-Istwert-Vergleicher 9 gegeben. Nach einem Abschaltsignal am Befehlseingang A fällt zunächst die Re iaisscliaitung R4 und gleichzeitig die Sollspannung auf den Wert O ab.
Damit über den Regelverstärker 10 das Servoventil 3 vollständig geschlossen wird, d. h. die zugehörige Steuerspannung den Wert 0 erreicht, wird der Ausgang des Regelverstärkers 10 vom Stellglied S getrennt und damit eine noch vorhandene Drift des Regelverstärkers 10 abgeschaltet. Dies wird durch die Relaisschaltung R3 erreicht, welche nach einer in der Zeitschaltkette ZR1 eingestellten Zeit aufgerufen wird. In weiteren zeitlichen Abständen fallen die Relaiss chaltun- gen R2 und R1 ab, wodurch die Schaltvorrichtung 6 die Schlittenbremse betätigt und anschliessend die Verschub- schaltung 2 den Hydraulikdruck vom Stellglied 4 abschaltet.
In den Zeitschaltketten ZR1, ZR2 sind mehrere, im Beispiel jeweils 4 Relais mit einstellbarer Abfallzeit enthalten. Ist die Betriebsspannung der Relais in den Zeit schaltketten ZR1; ZR2 eingeschaltet, so sind die Relais der Zeitschaltkette ZR2 angezogen und die Zuleitungen der Relais in der Zeitschaltkette ZR1 geöffnet. Wird ein Startbefehl am Befehlseingang A erteilt, fällt das erste Relais in der Zeitschaltkette ZR2, welches keinen Halte- stromkreis besitzt, verzögert ab und schaltet dabei das erste Relais in der Zeitschaltkette ZR1 ein, so dass die Relaisschaitung R1 über den zweiten Ausgang der Zeitschaltkette ZR1 angesteuert wird.
Durch das Schliessen der Kontakte des ersten Relais der Zeitschaitkette ZR1 wird die Zuleitung des zweiten Relais in der Zeitschaltkette ZR2 unterbrochen. Mit dem verzögerten Abfall dieses Relais wird das zweite Relais in der Zeitschaltkette ZR1 eingeschaltet und die Reiaisschaitung R2 angesteuert. Auf diese Weise werden alle Relais der Zeitschaltkette ZR1 entsprechend den eingestellten Abfallzeiten der Relais in der Zeitschaltkette ZR2 zugeschal- tet Nach einem Befehl zum Ausschalten am Befehlseingang A wird die Zuleitung der Relais der Zeitschaitkette ZR1 geöffnet. Da das vierte Relais dieser Zeitschaltkette ZR1 keinen Haltestromkreis besitzt, fällt es verzögert ab und schaltet hierbei das vierte Relais der Zeitschaltkette ZR2 wieder ein.
Gleichzeitig wird der Haitestrom- kreis des dritten Relais der Zeitschaltkette ZR1 geöffnet, so dass dieses Relais ebenfalls verzögert abfällt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle Relais der Zeitschaltkette ZR1 nacheinander abgefallen und die Relais der Zeitschaltkette ZR2 eingeschaket sind. Damit ist d Zustand zum Einschalten des Vorschubantriebes wieder hergestellt. Zusätzliche Verriegeiungskontakte in den Zeitschaltketten ZR1; ZR2 ermöglichen es, während des Ein- oder Ausschaltvorganges die Fortschaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu unterbrechen.
Die Reiaisschaltung R3 kann ausser über die Zeitschaltkette ZR1 auch von der Nuliprüfeinrichtung N angesteuert werden. Wird die Istspannung am Ausgang des Istwertgebers 7 Null, so wird durch die Nullprilfeinrich- tung N am Aufrufeingang B der Relaisschaltung R3 ein Befehl erteilt. Damit wird im Nulldurchgang des Istwertes die Ausgangsdrift des Regelverstärkers 10 durch die Relaisschaltung R3 abgeschaltet.