-
Fühlergesteuerte Werkzeugmaschine, insbesondere Kopierfräsmaschine
Die Erfindung betrifft eine fühlergesteuerte Werkzeugmaschine, insbesondere Kopierfräsmaschine,
bei der ein Fühlfinger und ein Werkzeug gegenüber einem Modell und einem Werkstück
in den drei Richtungen eines rechtwinkeligen oder schiefwinkeligen Koordinatensystems
oder eines Polar-Koordinatensystems mittels Leitspindeln bewegt werden können. Bei
diesen Fühlerstewerun;gen hat das Werkzeug das Bestreben, treppenförmige Bewegungen
auszuführen. Dies liegt daran, daß die Vorschubbewegungen meist über Kupplungen
od. dgl. derart geschaltet werden, daß die Bewegungen schrittweise erfolgen und
dazwischen aussetzen. Diese dabei entstehenden Treppen werden allgemein als nachteilig
empfunden., zumal sie um so größer werden, je schneller der Vorschub ist. Man. hat
daher vielfach versucht, unter Vermeidung von Treppensteuerungen andere Steuerprinzipien
anzuwenden, um kontinuierliche Vorschubbewegungen zu erreichen. Es hat sich aber
herausgestellt, daß solche kontinuierlich arbeitenden Vorschubbewegungen außerordentlich
komplizierte und empfindliche Steuerungen erfordern, die einem robusten Betrieb
nicht immer gewachsen sind. Das an der Maschine vorhandene Getriebespiel führt ebenfalls
zu unstabilen Regelvorgängen. Man hat daher bisher die unerwünschte Treppenform
meist noch in Kauf genommen und verwendet ihres zuverlässigen Arbeitens wegen immer
noch Maschinen, deren Steuerung nach dem Prinzip der Treppensteuerung arbeitet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Treppenform bei einer
solchen Steuerung weitgehend zu vermeiden, ohne jedoch das Prinzip der Treppensteuerung
verlassen zu müssen. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zumindest für
den Fühlvorschub ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen. ist, der vom Fühler aus derart
gesteuert wird, daß die, ein treppenförmiges Arbeiten bewirkenden Bewegungsabweichungen
vom Sollwert weitgehend kompensiert werden. Die Erfindung macht dabei in übertragenem
Sinne von einer gelenkten Regelung Gebrauch, wie sie auf anderen Gebieten der Technik
zu anderen Zwecken bekannt ist. So werden beispielsweise an Langholzfahrzeugen die
Vorderräder in an sich üblicher Weise so gelenkt, daß sie gewissermaßen auf einen
vorgeschriebenen Kurs gesregelt werden,. Da, aber die Hinterräder eines solch langen.
Fahrzeuges bei Kurven in unerwünscht hohem Maße von diesem Kurs abweichen, erteilt
man diesem oftmals eine zweite unabhängige Lenkung, mit der eine Kurskorrektur möglich
ist. Wenngleich dieser Vergleich nicht in allen Punkten auf die Steuerung nach der
Erfindung zutrifft, so soll er doch die Verhältnisse veranschaulichen, unter denen
es gelingt, die Fehler der Steuerung zu kompensieren. Es ist bereits eine Fühlersteuerung
für Kopiermaschinen bekanntgeworden, bei der der Leitvorschub mit konstanter Geschwindigkeit
dauernd eingeschaltet bleibt und lediglich der Fühlvorschub durch dem Fühler gesteuert
wird. Dabei steuert der Fühler den Verstellmotor eines die Geschwindigkeit des Fühlvorschubmotors
stufenlos im An- bzw. Abbewegungssinn regelnden Reglers. Bei dieser bekanntest Steuerung
ist der Leitvorschub mit konstanter Geschwindigkeit dauernd eingeschaltet, um bei
hoher Vorschubgeschwindigkeit noch mit ausreichender Genauigkeit kopieren zu können.
Diese Anordnung arbeitet aber nicht nach dem Prinzip der Treppensteuerung und hat
dementsprechend die oben geschilderten Nachteile hinsichtlich der Kompliziertheit
und Störanfälligkeit bei unsanfter Behandlung, mit der gerade bei Werkzeugmaschinen.
zu rechnen ist. Demgegenüber arbeitet die Erfindung nach dem wenn auch gröberen,
so doch betriebssicherer arbeitenden Prinzip der intermittierende.n Steuerung, die
sonst lediglich durch den Nachteil der entstehenden Treppenstufen nicht immer erwünscht
ist. Die Erfindung gestattet, von. diesem steuerungstechnisch vorteilhaften Prinzip
Gebrauch zu machen und dabei die Nachteile der entstehenden Treppenfehler zu beseitigen.
-
Der den Fühler und das Werkzeug tragende gemein -same Support kann
derart mit einem zusätzlichen Support versehen sein, daß der Fühler unmittelbar
am gemeinsamen Support befestigt ist, das Werkzeug aber unter Befestigung an einem
zusätzlichen Support nur indirekt vom gemeinsamen Support getragen, wird. Der zusätzliche
Support kann durch eine Einrichtung zur Verstärkung der Antriebskraft, vorzugsweise
zur Drehmomentverstärkung, betätigt werden. Hierzu eignet sich insbesondere ein
Leonardantrieb.
Der Fühler ist zweckmäßig mit einem zusätzlichen
Sollwertgeber versehen, von dem aus eine Steuerspannung zur Verstellung des zusätzlichen
Antriebes hergeleitet wird. Der Sollwertgeber kann durch einen ohmschen, kapazitiven
oder induktiven Spannungsteiler, in einfachster Weise durch einen. schon durchflossenen,
verstellbaren Vorwiderstand gebildet werden. Die vom Sollwertgeber hergeleitete
Größe, beispielsweise ein Spannungs- oder ein Stromwert, kann dann einer Vergleichsanordnung
zugeleitet werden, welcher gleichzeitig der Istwert in Gestalt von aus ihm hergeleiteten
Spannungs- oder Stromwerten zugeführt wird. Die Vergleichsanordnung liefert dann
eine Steuergröße, mit der der zusätzliche Antrieb geregelt wird.
-
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen
sowie Darstellungen der Wirkungsweise der bekannten Steuerung und der durch die
Erfindung erzielten Vorteile.
-
In Fig. 1 ist eine Werkzeugmaschine nach der Erfindung in einer möglichen
Ausführungsform schematisch stark vereinfacht veranschaulicht. Es handelt sich hierbei
um eine Kopierfräsmaschine, bei der der Fühler 1 das Modell 2 abtastet. Mit Hilfe
des Fräsers 3 soll das Werkstück 4 so bearbeitet werden, daß es in seiner äußeren
Form weitgehend mit dem Modell 2 übereinstimmt. Sowohl der Fühler 1 als auch das
Werkzeug 3 werden von dem Support 5 gemeinsam getragen, der in axialer Richtung
gemäß dem Doppelpfeil A beweglich ist. Weiterhin kann der Support auch in vertikaler
Richtung gemäß dem Doppelpfeil V bewegt werden. Durch Verschieben des Ständers 6
auf dem Bett 7 ist noch eine horizontale Bewegung möglich, die durch den Doppelpfeil
H versinnbildlicht ist. Dadurch können Fühler und Werkzeug in allen. Richtungen
des Raumes bewegt werden.
-
Während bei den bekannten. Kopierfräsmaschinen dieser Art Fühler und
Werkzeug unmittelbar am Support befestigt sind, ist bei denn dargestellten Ausführungsibespnel
der Erfindung der Fräser 3 nicht unmittelbar vom Support 5 getragen, sondern an
einem zusätzlichen Support 8 befestigt, der wiederum vom Support 5 getragen wird.
Der Support 8 ist aber in axialer Richtung gemäß dem Doppelpfeil A' zusätzlich am
Support 5 beweglich befestigt.
-
Will man mit einer solchen Maschine in horizontaler Richtung Zeilen
fräsen, so ist der Fühlvorschub axial und der Leitvarschub@ horizontal gerichtet.
In Fig.2 ist derF.all veranschaulicht, wie eineKurve2bbgetastet wird. Beim Abtasten
der Kurve 10 führt bei den bekannten Fräsmaschinen das Werkzeug eine treppenförmige
Kurve 12 aus, die bei der Einwärtsbewegung um die gestrichelte Kurve 13 pendelt
und bei der Auswärtsbewegung um eine andere Kurve, nämlich die Kurve 14, ebenfalls
Pendelbewegungen ausführt.
-
Die Ursache des Entstehens von Pendelbewegungen ist aus Fig. 3 ersichtlich.
Hier ist ein Fühler veranschaulicht, dessen bewegliche Teile im wesentlichen aus
dem Fühlerkopf 15 und den Füblerschaft 16 bestehen. Der Fühler führt Bewegungen
in seiner Längsrichtung aus, wodurch der Hebel 17 beim Auftreffen des Fühlerkopfes
auf das Modell geschwenkt wird und beim Weggehen vom Modell wieder zurückgeschwenkt
wird. Bei der Einwärtsbewegung werden dadurch die Schaltkontakte 18, 19 abwechselnd
geöffnet und geschlossen. Die Ursache der Abweichung der Kurven 13 und 14 von Fig.
2 voneinander liegt darin, daß bei Auswärtsbewegung an Stelle der Kontakte 18 und
19 die Kontakte 20 und 21 betätigt werden. Durch die unvermeidbaren Kontaktabstände
ergeben sich für Ein- und Auswärtsbewegungen unterschiedliche Kurven, um welche
die Treppenkurve pendelt. In bekannter Weise werden durch Kontakte 18, 19 und 20,
21 die Spulen von Hilfsrelais an Spannung gelegt, so daß deren Kontakte wiederum
Magnetkupplungen für das wechselweise Einschalten für Füll- und Leitvorschub erregen.
oder diese Vorschubbewegungen auf andere Weise bewirken.
-
Wie Fig. 2 erkennen läßt, kommt eine mehr oder weniger große Abweichung
bei dieser Art der Bearbeitung von der Sollkurve 10 zustande. Die Abweichungen von
der Sollkurve hängen von der Auslenkung des Fühlers und damit des Hebels 17 (Fig:
3) vom Fühler ab..
-
In Fig. 4 ist ein Schaltungsbeispiel veranschaulicht, mit dem eine
Kompensation des Treppenfehlers vorgenommen werden kann. Der in Fig. 1 mit 8 bezeichnete
Support wird von einem Motor NI angetrieben, der den Leonardmotor einer Leonardsteuerung
darstellt. Der Leonardgenerator ist mit G bezeichnet; dessen Feld F über einen beispielsweise
als Magnet-oder Röhrenverstärker ausgebildeten Steuerverstärker SV
in geregelter Weise erregt wird. Dessen Eingangsspannung ist die Differenz von zwei
an den beiden Potentiometern P, und P2 abgegriffenen Spannungen. Von diesen ist
das Potentiometer P2 so mit dem Antriebsmotor !b7 verbunden, daß sein Kontaktarm
22 durch eine geeignete Untersetzung in. Abhängigkeit von der Motor-,velle verstellbar
ist. Das Potentiometer P1 befindet sich innerhalb des in Fig. 3 dargestellten, Fühlergehäuses
und ist so angebracht, daß der Widerstandsabgriff von dem Hebel 17 und dem
auf ihm aufgebrachten Schleifer 23 verstellt wird. Weicht der Fühler um einen bestimmten
Wert von der Sollkurve ab, so möge das Potentiometer P1 in der gezeichneten Lage
in Fig. 4 stehen. Damit wird an dem Abgriff 24 eine bestimmte Spannung abgenommen
und mit derjenigen Spannung verglichen, die über den Abgriff 22 des Potentiometers
P2 hergeleitet wird: Der Verstärker SV bildet die Spannungsdifferenz und liefert
in Abhängigkeit der Größe und Richtung dieser Differenz eine Erregungsspannung für
das Feld F des Leonardgenerators G, so daß der Motor M im entsprechenden Drehsinn
läuft und den. zusätzlichen Support 8 (Fig. 1) verstellt. Dabei wird aber gleichzeitig
der Kontaktarm 22 längs des Potentiometers P2 ebenfalls verstellt, bis die, Lage
eingenommen wird, in der das gleiche Potential am Arm 22 wie am Arm 24 des Potentiometers
P1 erreicht wird. Der Motor M bleibt dann stehen., weil die Felderregung nunmehr
auf Null zurückgeht.
-
Zur Vermeidung von Pendelunge.n können in an sich bekannter Weise
die üblichen Malinahmen getroffen werden. So kann die Leonardspannung in einer Rückführschaltung
dem Verstärker durch eine Leitung Rin bekannter Weise zugeführt werden.