CH666843A5 - Mehrspindel-drehautomat. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft einen Mehrspindel-Drehautomat mit einer mittels eines Spindeltrommelantriebs bezüglich eines feststehenden Maschinenrahmens schrittweise in eine der Anzahl der Arbeitsspindeln entsprechende Anzahl von Schaltstellungen fortschaltbaren Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln drehbar gelagert sind, mit jeweils einem individuell steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen zur Steuerung der Drehzahl der Elektromotoren.

Ein derartiger Mehrspindel-Drehautomat ist in der DE-PS 12 65 539 beschrieben. Bei dem bekannten Drehautomaten ist jeder der jeweils einer Arbeitsspindel bzw. Werkstückspindel zugeordneten Elektromotoren an der Innenseite ei2

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ner Befestigungstrommel befestigt, die Bestandteil der Spindeltrommel ist. Weiterhin sind die Spindeln und die Motorwellen jeweils mit Keilriemenscheiben versehen, über die ein den Motor mit der zugeordneten Spindel verbindender Keilriemen läuft.

Nachteilig an dem bekannten Mehrspindel-Drehautomaten ist der grosse Platzbedarf für die Befestigungstrommel und die Elektromotoren, die bezüglich der Drehachse der Spindeltrommel radial ausserhalb der Arbeitsspindel angeordnet sind. Ausserdem ist der Antrieb über Treibriemen relativ laut und bringt im Hinblick auf die Tatsache, dass Treibriemen ausgesprochene Verschleissteile sind, einen hohen Wartungs- und Reparaturaufwand mit sich.

Aus der DE-Z ZwF 76 (1981) 1 S. 24 bis 27 ist ebenfalls ein Mehrspindel-Drehautomat der eingangs angegebenen Gattung bekannt, bei dem die einzelnen Arbeitspindeln jeweils weinen Winkel mit der Drehachse einer nach Art eines Spindelkopfes ausgebildeten Spindeltrommel einschliessen, wobei jeder Arbeitsspindel ein am Maschinenrahmen befestigter individuell steuerbarer Elektromotor zugeordnet sein kann, welcher, wie dies in der DE-OS 23 38 207 detailliert beschrieben ist, über eine axial verschiebbare Kupplung mit der betreffenden Arbeitsspindel gekuppelt und von dieser gelöst werden kann.

Nachteilig an dieser Lösung ist es, dass während der Fortschaltung des Spindelkopfes bzw. der Trommel keine Steuerung der Drehzahl der Spindeln möglich ist und dass in den Kupplungen erhebliche Reibungswärmeverluste auftreten, durch die der Drehautomat unnötig aufgeheizt wird, wie dies auch bei Mehrspindel-Drehautomaten der Fall ist, bei denen für alle Arbeitsspindeln ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen ist, der über den Spindeln individuell zugeordnete Kupplungen dem Antreiben der Spindeln dient (siehe z.B. DE-OS 24 43 087).

Weiterhin ergeben sich bei den bekannten Mehrspindel-Drehautomaten mit Kupplungseinrichtungen zwischen den Arbeitsspindeln und den Antriebseinrichtungen beim Fortschalten der Spindeltrommel wegen der damit verbundenen Drehzahländerungen der Arbeitsspindel ungünstige Beschleunigungsmomente, welche die Lebensdauer der Maschine verkürzen und letztlich die Arbeitsgeschwindigkeit des Drehautomaten einschränken.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrspindel-Drehautomaten der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass bei störungsfreiem Betrieb eine hohe Lebensdauer bei hoher Arbeitsleistung und hoher Präzision erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem Mehrspindel-Drehautoma-ten der eingangs angegebenen Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass jede der Arbeitsspindeln unmittelbar die Welle des zugehörigen Elektromotors umfasst, dass die Speisung für sämtliche Elektromotoren über Schleifringanordnungen an einem Teilstück der Welle der Spindeltrommel und über Bürstenanordnungen erfolgt, die angrenzend an die Schleifringanordnungen am Maschinenrahmen befestigt sind und dass die Steuereinrichtungen Bestandteil von Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen sind, welche pro Arbeitsspindel jeweils einen Drehwinkelgeber zur Absolutwert-Winkelcodierung aufweisen, welcher ein synchron mit der zugeordneten Arbeitsspindel umlaufendes Geberelement und eine relativ dazu feststehende Sensoranordnung umfasst.

Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Drehautomaten besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass die Arbeitsspindeln unmittelbar die Welle des zugehörigen Elektromotors umfassen bzw. durch die Motorwelle gebildet sind, ein sehr kompakter Aufbau der Spindeltrommelanordnung erreichbar ist, so dass der Platzbedarf für den Drehautomaten insgesamt gegenüber der eingangs erläuterten bekannten Konstruktion reduziert wird. Gleichzeitig wird auch die Masse der Spindeltrommelanordnung reduziert, so dass diese mit höherer Geschwindigkeit fortgeschaltet werden kann. Weiterhin wird durch die erfindungsgemässe Speisung der Elektromotoren über Bürstenanordnungen und Schleifringe auch während der Trommelschaltungen eine problemlose Energiezufuhr zu den Elektromotoren erreicht, so dass die Drehzahl der Elektromotoren während der Schaltvorgänge gesteuert, also erhöht oder verringert werden kann. Dies bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich, dass die für das Fortschalten der Trommel benötigte Zeit genutzt werden kann, um die erforderlichen Änderungen der Drehzahl der einzelnen Arbeitsspindeln zu bewirken, so dass diese die neue Schaltstellung der Trommel bereits mit der in der neuen Schaltstellung gewünschten Drehzahl erreichen können, wodurch letztlich mit den Spindeln nach einer kurzfristig durchführbaren Nachregelung der Drehzahl und der Lage mit Hilfe der dann wieder wirksamen Drehwinkelgeber sofort weitergearbeitet werden kann. Ausserdem kann bei einem erforderlichen Abbremsen eines Elektromotors während der Schaltvorgänge aufgrund der ständig bestehenden elektrischen Verbindungen auch Energie von dem in diesem Fall als Generator arbeitenden Motor zurückgespeist werden, wodurch die im Drehautomaten auftretende Verlustwärme weiter reduziert wird, was aus vielerlei Gründen erwünscht und vorteilhaft ist.

Zusätzlich ist für jeden der Elektromotoren durch die Zuordnung einer Absolutwert-Winkelcodierung eine exakte Drehzahl- und Lageregelung möglich. Auch hierdurch unterscheidet sich der erfindungsgemässe Drehautomat in vorteilhafter Weise von dem bekannten Mehrspindel-Drehautomaten, bei dem wegen der begrenzten Möglichkeiten der Drehzahlsteuerung für die einzelnen Elektromotoren der Riementrieb die Auswahl eines von mehreren Übersetzungsverhältnissen gestattet.

Bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung der Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren, bei der die Schleifringanordnungen vorzugsweise am hinteren Ende der Welle der Spindeltrommel vorgesehen sind, d.h. hinter den vom Arbeitsbereich abgewandten Ende der Arbeitsspindeln, sind die Schleifring- und die Bürstenanordnungen als Baueinheit bequem zugänglich, um Wartungs- und Reparaturarbeiten durchzuführen.

Als besonders günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Sensoranordnungen der einzelnen Drehwinkelgeber nicht an dem Maschinenrahmen, sondern an der Spindeltrommel befestigt und mit zugehörigen Auswerteeinrichtungen mittels an der Welle der Spindeltrommel angeordneter Ubertra-gungseinrichtungen gekoppelt sind, welche eine mit der Spindeltrommel umlaufende Sendeeinheit und eine am Maschinenrahmen befestigte Empfangseinheit umfassen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit am einen Ande der Welle der Spindeltrommel angeordnet ist und einen auf der Achse der Spindeltrommel liegenden Signalausgang aufweist und wenn die Empfangseinheit als berührungslos arbeitende Empfangseinheit ausgebildet ist. Bei dieser Konstruktion nimmt nämlich der Signalausgang der Sendeeinheit trotz der Tatsache, dass diese ebenso wie die Sensoranordnungen mit der Spindeltrommel umläuft bzw. fortgeschaltet wird, eine quasi-stationäre Lage ein, deren Ausgangssignale von einer stationär am Maschinenrahmen befestigten Empfangseinheit berührungslos empfangen werden können, wobei die Ausgangssignale vorzugsweise Lichtsignale sind, die von einer optischen Empfangseinheit empfangen werden können. Die Lichtsignale können dabei im sichtbaren Bereich oder auch im nicht sichtbaren Bereich, beispielsweise im Infrarot-Bereich liegen. Weiterhin kann die

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Sendeeinheit auch so ausgebildet werden, dass sie akustische Signale, insbesondere Ultraschall-Signale, erzeugt, die von einer entsprechenden Empfangseinheit empfangen werden können.

Gegebenenfalls können von der Sendeeinheit auch Signale in Form von sich ändernden Magnetfeldern erzeugt werden, deren Änderungen von der entsprechend ausgebildeten Empfangseinheit erfasst werden.

Obwohl prinzipiell die Möglichkeit besteht, die von den einzelnen Sensoranordnungen gelieferten Signale in der Sendeeinheit unterschiedlich aufzubereiten, so dass sie von der Empfangseinheit unterschieden werden können, ist es im allgemeinen vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit einen Parallel/ Seriell-Umsetzer umfasst, mit dem die von den Drehwinkelgebern bit-parallel angelieferten Daten in eine serielle Form umgesetzt werden, um dann in der Empfangseinheit wieder in bit-parallele Daten umgesetzt zu werden. Dabei lassen sich die anfallenden Datenmengen im Hinblick auf die hohe Arbeitsgeschwindigkeit der heute verfügbaren elektronischen Bauelemente ohne weiteres im Echtzeitbetrieb verarbeiten.

Zur Synchronisation des Datenflusses durch die Übertragungseinrichtungen wird es ausserdem im allgemeinen vorteilhaft sein, wenn sowohl auf der Sendeseite wie auch auf der Empfangsseite jeweils ein Pufferspeicher vorgesehen ist, in dem die von einem Winkelcodierer stammenden Daten kurzfristig abgelegt bzw. zwischengespeichert werden können. Ausserdem ist auf der Sendeseite eine Umschaltlogik bzw. ein Multiplexer vorzusehen, über welchen der Abruf der Daten von den einzelnen Winkelcodierern mit vorgegebener Abtastfrequenz steuerbar ist.

Bei einem Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Drehwinkelgeber als umlaufendes Geberelement eine Codescheibe und als Sensoranordnung mehrere, den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete Sensoren umfasst. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Drehwinkelgeber als umlaufendes Geberelement aber auch eine Impulsscheibe mit mindestens zwei gegeneinander versetzten Inkrement-Marken-Spuren und mit einer Null-Marke aufweisen, wobei die Sensoranordnung dann Sensoren zum Erfassen der Inkrement-Marken und der Null-Marke aufweist. Ausserdem weist die Sensoranordnung in diesem Fall eine Impulsformer-Schaltung auf, die erkennen kann, ob der In-krement-Marken-Ring vorwärts oder rückwärts läuft und die auch die Null-Marken-Signale erfasst und in Abhängigkeit von diesen Signalen eine entsprechende Ausgangsimpulsfolge, ein Richtungssignal und ein Rückstellsignal für einen Vorwärts Rückwärts-Zähler erzeugt, der die Ausgangsimpulse der Impulsformer-Schaltung zählt, wobei seine Zählrichtung durch das Richtungssignal bestimmt wird und der in Abhängigkeit von dem Nullmarken-Signal auf den Zählerstand Nulli zurückgesetzt wird, so dass sich auch bei längerer Betriebszeit keine Schrittfehler aufsummieren können. Dabei sind die Inkrementmarken vorzugsweise einzelne Zähne, deren Flanken erfasst werden, so dass es beim Abtasten der Flanken zu einer Impulsvervielfachung kommt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen und andere im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen und andere im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der wesentlichen Teile der Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der wesentlichen Teile der Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung;

Fig. 5 ein schematisches, mehr ins Detail gehendes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Sendeeinheit der Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung,

Fig. 6 ein detaillierteres schematisches Schaltbild der Empfangseinheit der Drehzahl- und Lageeinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung und

Fig. 7 ein gegenüber dem Automaten gemäss Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Mehrspindel-Drehautomat mit einem Maschinenrahmen 10, in dem eine Spindeltrommel 12 mit mehreren Arbeitsspindeln 14 und mit einer Welle 16 drehbar gelagert ist. Die Spindeltrommel 12 ist dabei mittels zugeordneter Antriebseinrichtungen (nicht dargestellt) in üblicher Weise schrittweise in verschiedene Schaltstellungen fortschaltbar. Die einzelnen Arbeitsspindeln 14 sind jeweils durch einen individuell zugeordneten Elektromotor 18 antreibbar, dessen Welle 20 als Hohlwelle ausgebildet ist, die ein Teil der zugehörigen Arbeitsspindel 14 ist.

Mit anderen Worten bildet also die Welle eines der Elektromotoren 18 gleichzeitig die zugehörige Arbeitsspindel 14, die jedoch zusätzlich noch eine übliche Spannvorrichtung zum Festspannen des stangenförmigen Werkstoffs 22 umfasst. Beim Ausführungsbeispiel umfasst die Spannvorrichtung ihrerseits ein Spannrohr 24 mit einem konischen Ende — in Fig. 1 rechts — welches mit Hilfe eines Spannzylinders 26 betätigbar ist. Jeder Elektromotor 18 besitzt einen Stator mit einer mit einem Speisestrom gespeisten Wicklung und einen Rotor, welcher als permanentmagnetischer Rotor oder als Kurzschlussläufer ausgebildet ist. Erfindungsgemäss werden als Elektromotoren für die Arbeitsspindeln vorzugsweise regelbare Drehstrommotoren verwendet, die als Synchronoder Asynchron-Motoren ausgebildet sein können, da regelbare Gleichstrommotoren den Nachteil haben, dass die Kommutatoren besitzen, die einem Verschleiss unterworfen sind.

Die Speisung der Statorwicklungen jedes der Motoren 18 erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 über Schleifringe 28, die am hinteren — in Fig. 1 und 2 rechten — Wellenende der Welle 16 der Spindeltrommel 12 angeordnet sind und dort mit Bürstenanordnungen 30 zusammenwirken, die am Maschinenrahmen 10 befestigt sind. Dabei verlaufen die Zuleitungen zwischen den Schleifringen und den Statorwicklungen der Elektromotoren 18 durch die hohle Welle der Spindeltrommel 12. Man sieht, dass die Anordnung der Schleifringe und der Bürstenanordnungen an dem von den Arbeitsspindeln 14 abgewandten Ende der Spindeltrommel 12 den Vorteil mit sich bringt, dass diese Baugruppe zu einer für Wartungs- und Reparaturarbeiten gut zugänglichen Einheit zusammengefasst ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist jeder der Arbeitsspindeln 14 ausserdem eine Geberanordnung zugeordnet, die aus einem mit der Arbeitsspindel 14 umlaufenden Geberelement 32 und einer zugehörigen Sensoranordnung 34 besteht. Die Sensoranordnungen 34 sind dabei in den den verschiedenen Schaltstellungen der Spindeltrommel 12 entsprechenden Positionen befestigt.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Bürstenanordnungen 30 und der Sensoranordnungen 34 am Maschinenrahmen 10 ist gewährleistet, dass auch beim Fortschalten der Spindeltrommel 12 für jeden Motor 18 stets ein Speise-

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Strom verfügbar ist, so dass die Motordrehzahl je nach Bedarf auch während der Fortschaltvorgänge geändert werden kann, wie dies eingangs erläutert wurde. Am Ende eines Fortschaltvorgangs steht dann für jedes Geberelement 32 auch wieder eine Sensoranordnung 34 zur Verfügung, so dass nunmehr für die während der Fortschaltung nur steuerbaren Elektromotoren 18, nachdem sie die neue Schaltstellung erreicht haben, auch wieder eine Drehzahl- und Lageregelung durchgeführt werden kann.

Insgesamt lassen sich aufgrund der beschriebenen Konstruktion des erfindungsgemässen Mehrspindel-Drehautomaten geringe Abmessungen und ein entsprechend geringes Gewicht der Spindeltrommel 12 realisieren, da der Durchmesser der Spindeltrommel 12 praktisch nur noch vom Durchmesser ihrer Welle 16 und vom Durchmesser der Motoren 18 bestimmt wird.

Der in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemässe Mehrspindel-Drehautomat ist rein konstruktiv im wesentlichen ebenso aufgebaut wie der Drehautomat gemäss Fig. 1. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 auch die Sensoranordnungen 34 fest mit der Spindeltrommel 12 verbunden sind, und zwar mit dem vorderen Ende der Welle 16 der Spindeltrommel. Die Anschlussleitungen der Sensoranordnungen 34 laufen durch die hohle Welle 16 zu einer Sendeeinheit 36 am hinteren Wellenende. Die Sendeeinheit 36 ist so ausgebildet, dass sie einen Signalausgang besitzt, der direkt auf der Drehachse der Welle 16 liegt und damit eine quasi-stationäre Lage einnimmt, obwohl sich die Sendeeinheit 36 gemeinsam mit der Spindeltrommel 12 dreht. Eine am Maschinenrahmen 10 befestigte Empfangseinheit 38 liegt der Sendeeinheit 36 bzw. dem Signalausgang derselben derart gegenüber, dass die von der Sendeeinheit 36 erzeugten Signale von der Empfangseinheit 38 empfangen und an zugeordnete Auswerteeinrichtungen weitergeleitet werden können.

Ausserdem ist bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 der Vorteil gegeben, dass die Drehzahl- und Lageregelung für die einzelnen Arbeitsspindeln während der Trommelfortschaltungen nicht mehr unterbrochen wird, so dass eine Arbeitsspindel sofort nach Erreichen der neuen Arbeitsposition weiterarbeiten kann.

Bezüglich der Anordnung der umlaufenden Geberelemente 32 und der zugeordneten Sensoranordnungen 34 hat die Ausgestaltung gemäss Fig. 2 den Vorteil, dass jedem Geberelement 32 eine bestimmte Sensoranordnung 34 inidivi-duell zugeordnet ist, so dass jeder der aus einem Geberelement 32 und einer zugehörigen Sensoranordnung 34 bestehenden Signalgeber individuell sehr exakt justiert werden kann, was bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 nicht möglich ist, da dort jedes Geberelement 32 entsprechend der Fortschaltung der Spindeltrommel 12 nacheinander mit jeder der Sensoranordnungen 34 zusammenwirkt.

Nachstehend soll nunmehr anhand von Fig. 3 und 4 der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäss verwendeten Absolutwert-Winkelcodierer näher erläutert werden.

Im einzelnen zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der die einzelnen Geberanordnungen als Absolutwertgeber ausgebildet sind, bei denen als umlaufendes Geberelement 32 auf der Arbeitsspindel eine Codierscheibe vorgesehen ist und bei denen die Sensoranordnüng mehrere, den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete Sensoren umfasst, so dass die Sensoranordnung unmittelbar ein bit-paralleles Ausgangssignal liefert, welches in codierter Form den Drehwinkel der betreffenden Arbeitsspindel, bezogen auf eine Nullbzw. Referenzposition, anzeigt. Die einzelnen Sensoranordnungen sind in diesem Fall direkt mit einer Umschaltlogik 40 der Sendeeinheit 36 verbunden, deren Baugruppen in

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Fig. 3 von einer strichpunktierten Linie umrahmt sind. Die Umschaltlogik 40 sorgt dafür, dass die einzelnen Geber, die in Fig. 3 mit den Bezugszeichen Gl bis Gn bezeichnet sind, nacheinander zyklisch und periodisch mit einem Pufferspeicher 42 verbunden werden, der das Ausgangssignal des jeweils mit ihm verbundenen Gebers Gl bis Gn jeweils zu einem durch die Umschaltlogik 40 vorgegebenen Zeitpunkt übernimmt. Die bit-parallel in den Puffer 42 eingeschriebenen Ausgangssignale werden dann mit Hilfe eines Parallel/ Seriell-Umsetzers 44 in serielle Bit-Folgen umgesetzt, welche über einen Ausgangsverstärker 46 an den Signalausgang der Sendeeinheit gegeben werden. Dieser Signalausgang kann beispielsweise aus einer Leuchtdiode bestehen, welche entsprechend der an den Verstärker 46 angelegten Bit-Folge Lichtimpulse erzeugt, die von der Empfangseinheit, welche am Eingang beispielsweise einen Fototransistor aufweisen kann, empfangen und einem Seriell/Parallel-Umsetzer 48 zugeführt werden, an dessen Ausgang jetzt wieder die bitparallelen Daten der einzelnen Geber Gl bis Gn nacheinander zur Verfügung stehen und in üblicher, im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher zu erläuternder Weise ausgewertet werden können, um eine Drehzahl- und Lageregelung für die einzelnen Arbeitsspindeln durchzuführen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 sind anstelle der Absolutwert-Geber Gl bis Gn sogenannte inkrementelle Geber II bis In vorgesehen. Diese inkrementellen Geber besitzen als umlaufendes Geberelement beispielsweise eine Impulsscheibe mit zwei gegeneinander versetzten Spuren mit Inkrement-Marken und mit einer Null-Marke. Die Inkre-ment-Marken-Spuren und die Null-Marke der Impulsscheibe werden von Sensoren der zugeordneten Sensoranordnung abgetastet, welche zwei phasenverschobene Impulsfolgen sowie der Null-Marke entsprechende Referenzimpulse bzw. Null-Marken-Signale liefert. Gemäss Fig. 4 ist jedem Geber II bis In eine Schaltung 50.1 bis 50.n zugeordnet, in der für jede Flanke der beiden Impulsfolgen jeweils ein Zählimpuls erzeugt wird, in der ferner aufgrund der Phasenlage der Flanken der beiden Impulsfolgen ein Vorwärts- bzw. ein Rückwärts-Zählsignal erzeugt wird und in der schliesslich in Abhängigkeit von dem Referenzimpuls ein Rückstellimpuls erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Schaltungen 50.1 bis 50-n werden dem Zähleingang, dem Zählrichtungseingang bzw. dem Rückstelleingang eines jeweils zugeordneten Vor-wärts-Rückwärts-Zählers 52.1 bis 52.n zugeführt. An den Ausgängen der Zähler 50.1 bis 50.n stehen nunmehr in bitparalleler Form wieder die Daten zur Verfügung, welche der absoluten Winkelstellung der betreffenden Areitsspindel entsprechen, so dass jeder der inkrementellen Geber II bis In zusammen mit der jeweils zugeordneten Schaltung 50.1 bis 50.n und dem zugehörigen Zähler 52.1 bis 52.n wieder einen Absolutwert-Geber bildet, wie er in Fig. 3 mit den Bezugszeichen Gl bis Gn bezeichnet ist, wobei jeder dieser Absolutwert-Geber, genauer gesagt, einen Absolutwert-Winkelco-dierer darstellt. Die Ausgangssignale der verschiedenen «Ab-solutwert-Winkelcodierer» gemäss Fig. 4 können nunmehr über die Umschaltlogik 40 wieder den Schaltungen 42 bis 46 der Sendeeinheit und von dort der Empfangseinheit 38 und der Schaltung 48 zugeführt werden, wie dies anhand der Fig. 3 erläutert wurde.

Fig. 5 zeigt, teilweise etwas schematisch, die wesentlichen Einzelheiten einer mit integrierten Schaltungen aufgebauten Sendeeinheit 36 gemäss der Erfindung.

In dem Schaltbild gemäss Fig. 5 sind nur die wesentlichen integrierten Schaltungen besonders mit Bezugszeichen bezeichnet, während passive Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren und kleinere, in ihrer Funktion unproblematische Baugruppen wie Inverter und Und-Schaltungen nur mit ihren üblichen Symbolen dargestellt sind. Ausser5

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dem sind in Fig. 5, soweit erforderlich, die verschiedenen Speisespannungen, wie z.B. +5V, angegeben, wobei diese Angaben noch durch die Bezeichnung und Numerierung der einzelnen Anschlüsse bzw. «pins» der integrierten Schaltungen ergänzt sind. Dasselbe gilt für das schematische Schaltbild gemäss Fig. 6, die eine mit integrierten Schaltungen aufgebaute Empfangereinheit gemäss der Erfindung zeigt.

In den nachfolgenden Tabellen I und II sind die Typen-Nummer, der Hersteller, die Bezeichnung und, soweit erforderlich, eine kurze Funktionsbeschreibung für die wesentlichen Elemente der Schaltungen gemäss Fig. 5 und 6 tabel-5 larisch zusammengefasst. In den Tabellen sind die Hersteller für die Bauelemente mit folgenden Abkürzungen bezeichnet: TI = Texas Instruments, MO = Motorola.

Tabelle 1

Bezugs

IC Baustein

Bezeichnung

Funktion zeichen

61,62

TI-SN74LS245

Treiber

Erzeugen ein Test Bit Muster das vom Zustand des Flip-Flops 63 abhängig ist

Alternativ 0101 0101 0101 0101 = 555516

1010 1010 1010 1010 = AAAAI6 Dieses Muster wird als Information von dem ersten Geber (Geber 0) gesendet und ermöglicht eine zyklische Synchronisation zwischen Sender und Empfänger

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TI-SN74LS74

D-Flip-Flop

Nach jedem Zyklus wechselt sein Zustand von -*L-»0 usw.

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TI-SN74LS193

4bit Binär-Zähler

Zähler der beim Einschalten der Spannung auf «0» gesetzt wird und dann nach jeder abgeschlossenen Übertragung um 1 erhöht wird. Zusammen mit dem Dekodierer 65 dient er zur Auswahl eines von «n» Gebern (in diesem Beispiel 6 Geber)

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TI-SN74LS138

Dekoder

Dekodiert den Zählerstand und aktiviert einen von den «n» Gebern oder den Bitmuster Generator 61, 62

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TI-TL7705

Spannungsüberwacher

Überwacht die Betriebsspannung 5V. Erzeugt Reset Signale für System Normierung

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MO-K1114A

Quarz Generator

Takt Generator, quarzgesteuert 8MHz Grundtakt 0

68

TI-SN74LS462

Sender

Parallel-serieller Wandler und Kodierer (Modulator). Treiber für die LED 71

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TI-SN74LS377

8bit Register

Erweitert zusammen mit dem Schift-Register 70 die Breite des

Senders 68 von 8 auf 16 Bit.

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TI-SN74LS165

8bit Schift-Register

Siehe 69

71

MO-MFOE102E

Sendediode

Photodiode. Setzt die elektrischen Impulse in Lichtsignale um

72

Honeywell

Fiber Optik Kabel mit Kupplung

Tabelle 2

Bezugs

IC Baustein

Bezeichnung

Funktion zeichen

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Honeywell

Fiber Optik Kabel

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MO-MFOE104F

Empfangerdiode

Photodiode zum Umsetzen der Lichtsignale in elektrische Impulse

83

MO-K1114A

Quarz Generator

Takt Generator (s. Sendeeinheit 36, Baustein 67)

84

TI-TL7705

Spannungsüberwacher

Spannungsüberwachung (s. Sendeeinheit 36, Baustein 66)

85

TI-SN74LS463

Empfänger

Seriell-paralleler Umsetzer und Dekodierer (Demodulator)

86

TI-SN74LS374

8bit Register

Zusammen mit 87 dient zur Erweiterung der Wortbreite des Empfängers 85 von 8 auf 16 Bit

87

TI-SN74LS164

8bit Schift Register

Siehe 86

88

TI-SN74LS193

4bit Binärer Zähler

Impulszählung (s. Sendeeinheit 36, Baustein 64)

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TI-SN74LS138

Dekoder

Dekodiert den Zählerstand von 84 und erzeugt einen Schreibimpuls für ein (von «n») 16bit Register 90 bis 93

90,91,

TI-SN74LS377

8bit Register

Paarweise gekoppelt bilden 16bit Register. Hier wird die von

92, 93

den «n» Gebern kommende Information abgespeichert. Wobei das Registerpaar i, i+1 die Information des Gebers i festhält.

7

Tabelle 2 (Fortsetzung)

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Bezugs- IC Baustein Bezeichnung Funktion zeichen

94,95 AMD-AM25LS2521 8bit Komparatoren Vergleichen die für den Geber «0» gesendeten Informationen-

fieser Geber wurde beim Sender ersetzt durch einen Bitmuster-Generator - s. Sender Beschreibung) mit dem vereinbarten Bitmuster: 555516 o. AAAA16, die von dem Flip Flop 96 geliefert werden.

96 TI-SN74LS74 D-Flip-Flop Nach jedem Zyklus wechselt sein Zustand von 0->L->0 usw.

57, 58 TI-SN74LS74 D-Flip-Flop Stimmt das für den Geber «0» gesendete Bit-Muster mit dem erwarteten überein, wird eine o.k. Meldung erzeugt, die auch zur Synchronisation verwendet werden kann. Diese Flip Flops werden zyklisch gelöscht.

Während bei den Drehautomaten gemäss Fig. 1 und 2 ständig eine Speisung der Elektromotoren und damit eine Steuerung derselben auch während der Trommelschaltungen erfolgen kann, zeigt Fig. 7 ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 vereinfachtes Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 lediglich durch die Ausbildung der Speiseeinrichtungen.

Die Speisung der Statorwicklung jedes der Motoren 18 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 über Schleifringe 28, welche auf der hohlen Motorwelle 20 bzw. der Arbeitsspindel 14 sitzen und mit Bürstenanordnungen 30 zusammenwirken, denen der Strom aus einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) zugeführt wird und die am Maschinenrahmen 10 befestigt sind. Die Bürstenanordnungen 30 sind dabei an der in Fig. 7 linken Stirnseite des Maschinenrahmens 10 derart angeordnet, dass sie in den verschiedenen Schaltstellungen der Spindeltrommel jeweils mit einem Satz von Schleifringen 28 bzw. mit einer Schleifringanordnung zusammenwirken können, wobei sie sich jeweils über einen grösseren Umfangswinkel erstrecken können.

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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 ergeben sich insofern erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, als wegen der den Arbeitsspindeln individuell zugeordneten Elektromotoren für jede Spindel die optimale Drehzahl eingestellt werden kann, wobei dadurch, dass jede der Arbeitsspindeln unmittelbar die Welle des zugehörigen Elektromotors umfasst, ausserdem eine kompakte und vergleichsweise leichte Trommelanordnung erhalten wird.

Abschliessend sei noch daraufhingewiesen, dass bei ei-30 nem Mehrspindel-Drehautomaten gemäss der Erfindung alle Motoren über den gleichen Gleichstromzwischenkreis gespeist werden können, beispielsweise bei geregelten Wechselstrommotoren, wodurch die Verlustwärme ebenso erheblich reduziert werden kann wie bei einer Rückspeisung ins 35 Netz, wie sie beispielsweise bei der Drehzahlreduzierung von Gleichstrommotoren möglich ist.

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6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

666 843 PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrspindel-Drehautomat mit einer mittels eines Spindel trommelantriebs bezüglich eines feststehenden Maschinenrahmens schrittweise in eine der Anzahl der Arbeitsspindeln entsprechende Anzahl von Schaltstellungen fort-schaltbaren Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln drehbar gelagert sind, mit jeweils einem individuell steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen zur Steuerung der Drehzahl der Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Arbeitsspindeln (14) unmittelbar die Welle (20) des zugehörigen Elektromotors (18) umfasst, dass die Speisung für sämtliche Elektromotoren (18) über Schleifringanordnungen (28) an einem Teilstück der Welle (16) der Spindeltrommel (12) und über Bürstenanordnungen (28) erfolgt, die angrenzend an die Schleifringanordnungen (28) am Maschinenrahmen (10) befestigt sind und dass die Steuereinrichtungen Bestandteil von Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen sind, welche pro Arbeitsspindel jeweils einen Drehwinkelgeber (Gl bis Gn; II bis In, 50-1 bis 50.n, 52.1 bis 52.n) zur Absolutwert-Winkelcodierung aufweisen, welcher ein synchron mit der zugeordneten Arbeitsspindel (14) umlaufendes Geberelement (32) und eine relativ dazu feststehende Sensoranordnung (34) umfasst.

2. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnungen (34) an Positionen des Maschinenrahmens (10) befestigt sind, die den Schaltstellungen der Spindeltrommel (12) entsprechen.

3. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnungen (34) an der Spindeltrommel (12) befestigt und mit zugehörigen Auswerteeinrichtungen mittels an der Welle (16) der Spindeltrommel (12) angeordneter Übertragungseinrichtungen (36, 38) gekoppelt sind, welche eine mit der Spindeltrommel (12) umlaufende Sendeeinheit (36) und eine am Maschinenrahmen (10) befestigte Empfangseinheit (38) umfassen.

4. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (36) an einem Ende der Welle (16) der Spindeltrommel (12) angeordnet ist und einen auf der Achse der Spindeltrommel (12) liegenden Signalausgang aufweist und dass die Empfangseinheit (38) als berührungslos arbeitende Empfangseinheit (38) ausgebildet ist.

5. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (36) als optische Sendeeinheit ausgebildet ist und dass die Empfangseinheit (38) als optische Empfangseinheit ausgebildet ist.

6. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (36) einen Parallel/Seriell-Umsetzer (44) umfasst und dass die Empfangseinheit (38) einen Seriell/Parallel-Umsetzer (48) umfasst.

7. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber als umlaufendes Geberelement (32) eine Codescheibe und als Sensoranordnung (34) mehrere, den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete Sensoren umfasst.

8. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber als umlaufendes Geberelement (32) eine Impulsscheibe mit mindestens zwei gegeneinander versetzten Inkrement-Marken-Spuren und mit einer Null-Marke und als Sensoranordnung (34) Sensoren zum Erfassen der Inkrement-Marken und der Null-Marke sowie eine Impulsformer-Schaltung (50.1 bis 50.n) zum Erkennen des Vorwärts- bzw. Rückwärtslaufs des In-krement-Marken-Rings und zum Erfassen des Null-Marken-Signals sowie zum Erzeugen einer entsprechenden Ausgangsimpulsfolge, eines Richtungssignals und eines Rückstellsignals und einen Vorwärts/Rückwärts-Zähler (52.1 bis 52.n) zum Zählen der Ausgangsimpulse der Impulsformerschaltung (50.1 bis 50.n) umfasst, dessen Zählrichtung durch das Richtungssignal bestimmbar ist und der in Abhängigkeit von dem Null-Marken-Signal auf den Zählerstand Null zurücksetzbar ist.

9. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 3, 5, 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (36) einen Wellenlängen-Multiplexer umfasst, mit dessen Hilfe die Daten über mehrere voneinander unabhängige Datenkanäle gleichzeitig über einen Lichtleiter aussendbar sind und dass der Empfangseinheit (38) ein entsprechender Wellen-längen-Demultiplexer zur Auffächerung der empfangenen Datenfolgen auf mehrere Kanäle zugeordnet ist.

10. Mehrspindel-Drehautomat mit einer mittels eines Spindeltrommelantriebs bezüglich eines feststehenden Maschinenrahmens schrittweise in eine der Anzahl der Arbeitsspindeln entsprechende Anzahl von Schaltstellungen fort-schaltbaren Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln drehbar gelagert sind, mit jeweils einem individuell steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen zur Steuerung der Drehzahl der Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Arbeitsspindeln (14) unmittelbar die Welle (20) des zugehörigen Elektromotors (18) umfasst, dass den Elektromotoren (18) Speiseeinrichtungen (28, 30) mit mindestens einer stationären, aus einer externen Spannungsquelle gespeisten Anordnung (30) und mindestens einer damit zusammenwirkenden, drehbaren Anordnung (28) zugeordnet sind und dass die Steuereinrichtungen Bestandteil von Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen sind, welche pro Arbeitsspindel jeweils einen Drehwinkelgeber (Gl bis Gn; II bis In, 50.1 bis 50.n, 52.1 bis 52.n) zur Absolutwert-Winkelcodierung aufweisen, welcher ein synchron mit der zugeordneten Arbeitsspindel (14) umlaufendes Geberelement (32) und eine relativ dazu feststehende Sensoranordnung (34) umfasst.

11. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (18) als stationäre Anordnungen der Speiseeinrichtungen Bürstenanordnungen (30) und als drehbare Anordnungen Schleifringanordnungen (28) zugeordnet sind.

12. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenanordnungen (30) an den Schaltstellungen der Spindeltrommel (12) entsprechenden Positionen des Maschinenrahmens (10) befestigt sind und dass für jeden Elektromotor (18) eine zugeordnete, mit der betreffenden Arbeitsspindel (14) umlaufende Schleifringanordnung (28) vorgesehen ist.