DD279432A1 - DEVICE FOR THE JAM-FREE DRIVE OF A WORKPIECE OR TOOL CARRIER - Google Patents

DEVICE FOR THE JAM-FREE DRIVE OF A WORKPIECE OR TOOL CARRIER Download PDF

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DD279432A1
DD279432A1 DD32516889A DD32516889A DD279432A1 DD 279432 A1 DD279432 A1 DD 279432A1 DD 32516889 A DD32516889 A DD 32516889A DD 32516889 A DD32516889 A DD 32516889A DD 279432 A1 DD279432 A1 DD 279432A1
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DD32516889A
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Guenter Deutschmann
Bernhard Drassdo
Knut Grossmann
Volker Moebius
Horst Neundorf
Uwe Schreiber
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Mikromat Dresden Betrieb
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum spielfreien Antrieb eines Werkstueck- oder Werkzeugtraegers. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum spielfreien Antrieb zu schaffen, bei der ein Spielausgleich im gesamten mechanischen Getriebezug gewaehrleistet wird und hoechste Positioniergenauigkeit fuer Koordinatenmaschinen erreichbar ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zwischen den Servomotoren und den Ritzeln an der zu bewegenden Zahnung je ein Wellgetriebe angeordnet ist. Die Eingaenge der Stromregelkreise sind mit je einem Summierverstaerker verbunden und je ein Eingang der Summierverstaerker an denselben Ausgang eines gemeinsamen Drehzahlreglers gefuehrt. Der jeweils andere Eingang der Summierverstaerker ist mit den Ausgaengen eines Verspannsollwertgebers so verbunden, dass die Verspannsollwerte den Summierverstaerkern mit entgegengesetzten Vorzeichen zugefuehrt werden. Fig. 1The invention relates to a device for play-free drive a Werkstueck- or Werkzeugtraegers. It is an object of the invention to provide a device for play-free drive, in which a clearance compensation throughout the mechanical gear train is guaranteed and highest positioning accuracy for coordinate machines can be achieved. According to the invention, the object is achieved by arranging a respective wave gear between the servomotors and the pinions on the toothing to be moved. The entrances of the current control loops are each connected to a summing amplifier and one input of the summing amplifier is routed to the same output of a common speed controller. The other input of the summing amplifier is connected to the outputs of a tensioning setpoint generator so that the tensioning setpoint values are fed to the summing amplifiers with opposite signs. Fig. 1

Description

Je nach Bewertung seines Stromsollwertes erzeugt jeder Servomotor einen Anteil vom Lastmoment zuzüglich des dem Verspannsollwertes entsprechenden VerspannmomBntes, wobei sich letztere Anteile in der Summo an der Zähnung gegenseitig aufheben und nur zur gegenseitigen Verspannung des gesamten Getriebezuges dienen.Depending on the evaluation of its current setpoint, each servomotor generates a share of the load torque plus the Verspannsomwertes corresponding VerspannmomBntes, the latter parts cancel each other in the sum of the perforation and serve only for mutual clamping of the entire gear train.

Der kombinierte Einsatz von Wellgetrieben mit elektrischer Verspannung ermöglicht die problemlose Montage und Demontage der Antriebe, da die spielausgleichenden Drehmomente erst bei Aktivierung der elektrischen Antriebe erzeugt werden. Es wird Spielfreiheit ohne Selbsthemmung bei kleiner Reibungs-Umkehrspanne als Voraussetzung für die Stabilität der hochgenauen Lagereglung mit direkt an der Zahnung angebautem Lagemeßsystem realisiert. Vorteilhaft erweist sich weiterhin die einfache Änderbarkeit der Verspannkraft durch Spannsollwertänderung und die einfache Steuerbarkeit der Verspannkraft in Abhängigkeit von externen Größen oder von Prozeßzustandsgrößen zur optimalen Anpassung an die Betriebszustande. Der Spielausgleich wird im gesamten Getriebezug ohne mechanische oder hydrostatische Verspannung erzeugt.The combined use of corrugated gears with electrical clamping allows easy assembly and disassembly of the drives, since the clearance-compensating torques are generated only when the electric drives are activated. It is realized backlash without self-locking at low friction reversal margin as a prerequisite for the stability of high-precision position control with attached directly to the teeth Lagemeßsystem. Advantageously, further proves the easy changeability of the clamping force by Spannsollwertänderung and the simple controllability of the clamping force in response to external variables or process state variables for optimal adaptation to the operating conditions. The clearance compensation is generated throughout the gear train without mechanical or hydrostatic strain.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Einrichtung zum spielfreien Antrieb eines Drehtisches.The invention will be explained in more detail with reference to an example. 1 shows the device for the play-free drive of a turntable.

Es ist der Drehtisch 1 mit seinem Zahnkranz 2 und einem Winkelmeßsystem 3 schematisch dargestellt. Am Zannkianz 2 greifen parallel zwei Ritzel 4,5 ein, die über je ein Wellgetriebe 6,7 mit je einem Servomotor 8,9 verbunden sind. Je ein Stromregelkreis 10,11 liegt an den Servomotoren 8,9 an und endet in je einem Summierverstärker 12,13. Ein Drehzahlregler 15 ist mit den Eingängen der Summierverstärker 12,13 verbunden, und seine Eingänge sind mit einem am Servomotor 8 angeschlossenen Tachogenerator 14 und einem Lageregler 16 verbunden. Der Lageregler 16 wird von einem Lagesollwertgeber 17 und einem Winkelmeßsystem 3 angesteuert. Die Paralleleingänge der Summierverstärker 12,13 sind noch mit einem Verspannsollwertgeber 19 und dieser mit einem Funktionsbildner 18 für den Verspannsollwert verbunden. Ausgangspunkt ist ein Lageregelkreis mit unterlagertem Drehzahlregelkreis und Stromregelkreisen 10. Im ersten Ergänzungsschritt wird an den Ausgang des Drehzahlreglers 15 ein dem ersten völlig gleicher Stromregelkreis 11 mit Servomotor 9 und gleichem Getriebezug angeschlossen. Das entspricht der Wirkung zweier vom gleichen Strom durchflossener Motoren, wobei aber hier die beiden Stromregelkreise 10,11, die vom gleichen Stromsollwert (Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 15) gespeiF werden, dafür sorgen, daß die beiden Servomotoren 8,9 mit dem gleichen Strom gespeist werden. Das Ergebnis ist die Wirkung des doppelten Moments auf den gemeinsam angetriebenen Zahnkranz 2. Von dieser Konfiguration ausgehend, wird jedem Stromregelkreis 10,11 ein zusätzlicher Sollwert durch den Verspannsollwertgeber 19 zugeführt, jedoch beide mit zueinander entgegegesetzten Vorzeichen. Die diesen Zusatzsollwerten entsprechenden St.öme in den Servomotoren 8,9 erzeugen betragsmäßig gleiche, aber entgcgegesetzte Drehmomente, die sich in der Wirkung am Zahnkranz 2 aufheben. Sie erzeugen aber genau das gewünschte Verspannmoment, das sich in der Kette vom Servomotor 8 über die Wellgetriebe 6,7 und die Ritzel 4,5 und den Zahnkranz 2 bis zum zweiten Servomotor 9 fortsetzt und so zum Ausgleich der Flankenspiele aller spielbehafteten Elemente führt.It is the turntable 1 with its ring gear 2 and an angle measuring system 3 shown schematically. At Zannkianz 2 two parallel pinion 4.5, which are connected via a respective wave gear 6.7, each with a servo motor 8.9. Depending on a current control loop 10,11 is applied to the servo motors 8,9 and ends in a respective summing amplifier 12,13. A speed controller 15 is connected to the inputs of the summing amplifiers 12,13, and its inputs are connected to a tachogenerator 14 connected to the servo motor 8 and a position controller 16. The position controller 16 is controlled by a position setpoint generator 17 and an angle measuring system 3. The parallel inputs of the summing amplifiers 12,13 are still connected to a Verspannsollwertgeber 19 and this with a function generator 18 for the Verspannsollwert. The starting point is a position control loop with lower speed control loop and current control loops 10. In the first supplementary step, a completely identical current control loop 11 with servomotor 9 and the same gear train is connected to the output of the speed controller 15. This corresponds to the effect of two motors through which the same current flows, but here the two current control circuits 10, 11, which are fed by the same current setpoint (output voltage of the speed controller 15), ensure that the two servomotors 8, 9 are supplied with the same current , The result is the effect of twice the torque on the jointly driven sprocket 2. Based on this configuration, each current control loop 10,11 an additional setpoint supplied by the Verspannsollwertgeber 19, but both with mutually entgegegesetzten sign. The additional currents corresponding to these additional setpoints in the servomotors 8.9 generate the same magnitude but degassed torques, which cancel each other out in effect on the ring gear 2. But they produce exactly the desired Verspannmoment that continues in the chain from the servo motor 8 via the wave gear 6,7 and the pinion 4,5 and the ring gear 2 to the second servo motor 9 and thus leads to compensate for the backlash of all game-related elements.

Diesem Verspannmoment überlagert sich das an den Drehtisch I übertragene Last- oder Beschleunigungsmoment. Bei veränderlichem Last- oder Beschleunigungsmoment wird jedesmal bei Gleichheit von Last- und Verspannmoment das Spiel in dem der beiden Getriebezüge durchlaufen, in dem das resultierende Moment durch Null geht. Dabei liegt aber stets die Flanke des anderen Getriebezuges an.This tensioning moment is superimposed on the load or acceleration torque transmitted to the turntable I. With variable load or acceleration torque, the clearance in the two gear trains is traversed each time equality of load and Verspannmoment in which the resulting moment goes through zero. But always the flank of the other gear train is applied.

Im Einsatzfall für Präzisionsdrehtische sind die bei kleinen Drehmomenten und Drehzahlen entstehenden Betriebszustands entscheidend. Deshalb kann durch entsprechende Festlegung des Verspannmomentes erreicht werden, daß die Spiele nicht durchlaufen werden.In the case of precision rotary tables, the operating conditions that occur at low torques and speeds are decisive. Therefore, it can be achieved by appropriate determination of the Verspannmomentes that the games will not go through.

Claims (1)

Einrichtung zum spielfreien Antrieb eines Werkstück- oder Werkzeugträgers mit zwei in die Zahnung des Werkstück- oder Werkzeugträgers greifenden Ritzeln mit zugehörigen Getrieben, die je einem Servomotor mit eigenen Strcmregelkreisen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Servomotoren (8; 9) und den Ritzeln (4; 5) Wellgetriebe (6; 7) angeordnet sind, die Eingänge der Stromregelkreise (10; 11) mit je einem Summierverstärker (12; 13} verbunden sind, je ein Eingang der Summiervorstärker (12; 13) an den selben Ausgang eines gemeinsamen Drehzahlreglers (15) geführt ist und der jeweils andere Eingang mit den Ausgängen eines Verspannsollwertgebers (19) so verbunden ist, daß die Verspannsollwerte den Summierversti.rkern (12; 13) mit entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt sind.Device for the play-free driving of a workpiece or tool carrier with two pinions engaging in the toothing of the workpiece or tool carrier with associated gears, each associated with a servomotor with its own control circuits, characterized in that between the servomotors (8, 9) and the pinions (4; 5) wave gear (6; 7) are arranged, the inputs of the current control circuits (10; 11) are each connected to a summing amplifier (12; 13}, one input of the summing amplifier (12; 13) to the same output of a common speed controller (15) is guided and the respective other input to the outputs of a Verspannsollwertgebers (19) is connected so that the Verspannsollwerte the Summierversti.rkern (12; 13) are fed with opposite signs. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum spielfreien Antrieb eines Werkstück- oder Werkzeugträgers.The invention relates to a device for play-free drive of a workpiece or tool carrier. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Für den Spielausgleich bzw. die Spielbeseitigung in Antrieben von bewegten Maschineneinheiten sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt, die durch verstellbare oder elastische Elemente dieses Ziel erreichen. Bei einer bekannten Lösung (OE-OS 2111304) wird der Spielausgleich dadurch erzielt, daß ein zweiter auf die Bewegung einwirkender Antrieb vorgesehen ist, der die Flanken der Getriebeelemente miteinander in Anlage hält.For the clearance compensation or game clearance in drives of moving machine units various devices are already known that reach by adjustable or elastic elements of this goal. In a known solution (OE-OS 2111304), the clearance compensation is achieved in that a second acting on the movement drive is provided, which holds the flanks of the gear elements in abutment with each other. Drehtische an Werkzeugmaschinen werden mit verschiedenen Kombinationen über Servomotor- Schnecken - und/oder Zahnradgetriebe - Ritzel - Zahnkranz angetrieben. Das Lagemeßsystem sitzt auf der Motorwelle oder direkt am Drehtisch. Die Minimierung des Spiels erfolgt über mechanisch oder hydrostatisch verspannte Schnecken oder Doppelschnecken, federverspannte oder geteilte Zahnräder und eng tolerierte Achsabstände.Turntables on machine tools are driven with various combinations via servo motor worm gear and / or gear drive pinion gearwheel. The position measuring system sits on the motor shaft or directly on the turntable. The minimization of the play takes place via mechanically or hydrostatically tensioned screws or twin screws, spring-loaded or split gears and closely tolerated center distances. Bekannt sind außerdem Servoantriebe an translatorischen Achsen von Werkzeugmaschinen nach DE-OS 2345711, bei denen zwei gleiche oder unterschiedliche Servomotoren über Ritzel ruf eine gemeinsame Zahnstange treiben, wobei die Servomotoren so gesteuert werden, daß jeder zusätzlich zum Nutzmoment ein entgegengesetzt polarisiertes Moment erzeugt, das zum Verspannen der Zahnräder in der Zahnstange führt.Also known are servo drives on translational axes of machine tools according to DE-OS 2345711, in which two identical or different servomotors via pinion ruf drive a common rack, wherein the servomotors are controlled so that each additionally generates a polarized torque in addition to the useful moment, the Lashing the gears in the rack leads. Zu dieser Anordnung sind Zusatzeinrichtungen nach DD-WP 226503 zur Beeinflussung der Antriebe bei Spieldurchlauf und zum Erzeugen besonderer Verspannsollwert-Funktionen bekannt. Bei den bekannten Drehtischantrieben treten verschiedene Nachteile mit unterschiedlicher Intensität in Erscheinung. So sind die Maßnahmen zur Spielverringerung bei Verwendung von Schneckengetrieben mit einer Erhöhung der Reibemomente verbunden, die in Verbindung mit stets vorhandener Nachgiebigkeit zu einer erhöhten Reibungsumkehrspanne führt. Kleinste Winkelschritte sind dann nicht mehr sicher ausführbar. Weiterhin wirkt sich bei Schneckengetrieben die Selbsthemmung nachteilig im Regelkreis aus. Bei mechanischer Verspannung unterliegen sie einem erhöhten Verschleiß, wodurch u. a. die eingestellten Verspannungszustände Veränderungen unterliegen, so daß kurzfristige Eingriffe notwendig sind.For this arrangement, additional devices according to DD-WP 226503 for influencing the drives during game run and for generating special Verspannsollwert functions known. In the known turntable drives different disadvantages with different intensity in appearance. Thus, the measures to reduce the game when using worm gears associated with an increase in the friction moments, which leads in conjunction with always present compliance to an increased Reibungsumkehrspanne. Smallest angular steps are then no longer safely executable. Furthermore, self-locking adversely affects the control loop in worm gears. In mechanical stress, they are subject to increased wear, causing u. a. the adjusted stress states are subject to changes, so that short-term interventions are necessary. Radial verspannte Stirnräder laufen zum Teil schwergängig, und die Verspannung führt noch zu einer Reibungserhöhung. Bei den mechanischen Verspannungseinrichtungen treten bei Drehzahlschwankungen infolge Zahnteilungsfehlern und den dazu erforderlichen schnellen Ausgleichsbewegungen der massebehafteten Verspannungseinrichtung hohe dynamische Kräfte auf. Weiterhin orweist sich die Einstellung der mechanischen Verspannungskräfte als relativ kompliziert und schwer kontrollierbar durch den auftretenden Verschleiß, so daß sie nicht den rasch wechselnden Betriebsbedingungen angepaßt werden können.Radially braced spur gears are sometimes stiff, and the tension leads to an increase in friction. In the case of mechanical tensioning devices, high dynamic forces occur in the case of speed fluctuations as a result of tooth pitch errors and the requisite rapid compensatory movements of the massed tensioning device. Furthermore, the adjustment of the mechanical tensioning forces proves to be relatively complicated and difficult to control due to the occurring wear, so that they can not be adapted to the rapidly changing operating conditions. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist das Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die einen einfachen mechanischen Aufbau bei hoher Zuverlässigkeit und kleinsten Bewegungsschritten gewährleistet.It is the object of the invention to provide a device which ensures a simple mechanical construction with high reliability and smallest movement steps. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Nachteil des bekannten Standes der Technik besteht darin, daß die Lösungen zur Spielbeseitigung gleichzeitig zu einer Verringerung der Positioniergenauigkeit bei kleinsten Bewegungsschritten führen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum spielfreien Antrieb zu schaffen, bei der ein Spielausgleich im gesamten mechanischen Getriebezug gewährleistet wird und höchste Positioniergenauigkeit für Koordinatenmaschinen erreichbar ist. Erfindungsgpmäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Servomotoren und den Ritzeln an der zu bewogenden Zahnung jt din Wellgetriebe angeordnet ist. Die cingänge der Stromregelkreise sind mit je einem Summierverstärker verbunden und je ein Eingang der Summierverstärker an den bilben Ausgang eines gemeinsamen Drehzahlreglers geführt. Der jeweils andere Eingang der Summierverstärker ist mit oen Ausgängen eines Verspannsollwertgebers so verbunden, daß die Verspannsollwerte den Summierverstärkern mit entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt werden.The disadvantage of the known prior art is that the solutions to eliminate the game at the same time lead to a reduction in the positioning accuracy at the smallest movement steps. It is an object of the invention to provide a device for play-free drive, in which a clearance compensation throughout the mechanical gear train is ensured and highest positioning accuracy for coordinate machines can be achieved. Erfindungsgpmäß the object is achieved in that between the servomotors and the pinions on the toothing to be moved jt din wave gear is arranged. The inputs of the current control loops are each connected to a summing amplifier and one input of the summing amplifiers is routed to the bilge output of a common speed controller. The respective other input of the summing amplifiers is connected to the outputs of a tensioning setpoint generator such that the tensioning setpoint values are fed to the summing amplifiers with opposite signs.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631367A1 (en) * 1993-06-14 1994-12-28 Hughes Aircraft Company Integrated anti-backlash gearhead motor
DE102015107583A1 (en) 2015-05-13 2016-11-17 Egt Eppinger Getriebe Technologie Gmbh Positioning drive and method for positioning an output element

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