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Programmsteuerungseinrichtungen für Werkzeugmaschinen Es ist bekannt,
für die Programmsteuerung von Werkzeugmaschinen Kopierwerke zu verwenden. Diese
Kopierwerke benutzen eine Schablone, deren Profil durch einen Fühler abgetastet
wird. Jede Ab-
weichung weichung des Fühlers von den Konturen des Profils
betätigt Kontakte, die ihrerseits Kupplungen für die Nachführungsantriebe des Fühlers
und des, damit in kongruenter Bewegung befindlichen Arbeitswerkzeuges steuern. Außer
den Kupplungen sind unter Umständen noch Elektromotoren für den Vorschub und für
den Antrieb des Werkstückes zu schalten. Die oft hohen Schaltleistungen erfordern;
die Zwischenschaltung von schnellarbeitenden Leistungsrelais oder von Thyratrons.
Diese Kopierwerke werden bei Arbeitsabläufen, die nicht allzu kompliziert sind,
beispielsweise beim Abdrehen von Lagerdeckeln oder beim Fräsen von Schaufelprofilen,
wegen ihres relativ geringen Aufwandes und wegen ihrer Zuverlässigkeit häufig angewandt.
Ein Nachteil der Kopierwerke liegt darin, daß für jedes Werkstück mit abweichender
Form eine besondere Kopierschablone angefertigt und die Werkzeugmaschine bei jeder
Schablonenänderung neu eingestellt werden muß. In Fertigungsgebieten, bei denen
vorzugsweise Einzelstücke anfallen, kann diese Notwendigkeit sehr hinderlich sein.
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Es sind Programmsteuereinrichtungen für Werkzeugmaschinen bekanntgeworden,
die den vorstehend geschilderten Nachteil nicht aufweisen und die nach gänzlich
andersartigen Prinzipien aufgebaut sind. Die Programmierung des Arbeitsablaufes
erfolgt durch einen Lochstreifen, deren Löcher auf Grund einer bestimmten Codierung
angeordnet sind. Jeder Lochreihe ist ein Steuerbefehl für eine Teilphase des Arbeitsablaufes
zugeordnet. Bei sehr komplizierten Arbeitsabläufen mit vielen Teilphasen müssen
mehrere Lochreihen zur Festlegung eines Steuerbefehles herangezogen werden. Die
Umsetzung der in den Lochreihen gespeicherten Informationen in Steuerbefehle für
die Antriebe des Arbeitswerkzeuges und des Werkstückes geschieht durch Relaisgruppen,
die unter Umständen sehr umfangreich sein können.
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Eine bekannte Weiterbildung der Programmsteuerung von Werkzeugmaschinen
mit Hilfe von Lochstreifen besteht darin, daß das in der Lochung gespeicherte Programm
zur Bildung eines Sollwertes für einen geschlossenen Regelkreis herangezogen wird.
Der Regelkreis enthält einen Istwertgeber in Form eines Meßfühlers, beispielsweise
eines Synchro, der den tatsächlichen Ort des Arbeitswerkzeuges durch die Größe oder
durch die Phasenlage einer Wechselspannung ausdrückt. Diese Meßgräße wird als Istwert
mit dem durch das Arbeitsprogramm bestimmten Sollwert verglichen, wobei Abweichungen
über einen Regelverstärker den Stellgliedern des Antriebes für das Arbeitswerkzeug
zugeführt werden. Diese Nachlaufsteuerung eignet sich besonders für komplizierte
Werkstücke und ist auch bei geringen Stückzahlen, also bei häufigem Wechsel des
Programms mit Vorteil verwendbar. Nachteilig ist der Umstand, daß eine mit dieser
Steuerungseinrichtung ausgerüstete Werkzeugmaschine nur sehr schwierig auf andere
Steuersysteme, beispielsweise auf die Kopiersteuerung umgestellt werden kann. Dies
wäre aber wünschenswert, da bei bestimmten Arbeitsabläufen oder Werkstücken die
einfache Kopiersteuerung mit abgetasteter Kopierschablone vorteilhafter anzuwenden
ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Programmsteuerungseinrichtung
für Werkzeugmaschinen mit einem Kopierfühler für die Abtastung einer Kopierschablone,
einem Kopiersupport und einer Kopiersteuerung für die Betätigung von Kupplungen
zur Einstellung des Arbeitswerkzeuges. Es ist Aufgabe der Erfindung, die Vorteile
der durch Lochstreifen gesteuerten Regelkreise für die Positionierung des Arbeitswerkzeuges
mit den. Vorteilen der Kopiersteuerung zu kombinieren.. Das geschieht dadurch, daß
als Kopierschablone eine aus einer Kerbe und lern Kopierfühler bestehende Raste
vorgesehen ist und daß diese Raste mit Hilfe von Präzisionsspindeln nach Maßgabe
eines in einem Lochstreifen programmierten Arbeitsablaufes unter Anwendung von Baugruppen
der digitalen Elektronik positioniert wird. Die Positionierung kann hierbei so erfolgen,
daß die Kerbe in die eine Koordinate (x-Richtung) und der Kopierfühler in die andere
Koordinate (y-Richtung) verschoben wird. Die Winkelanstellung des Arbeitswerkzeuges
wird unabhängig von der Koordinateneinstellung durch zusätzliche elektronische Baugruppen
positioniert.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Auf
der Drehbank soll das Werkstück 1 ein vorgegebenes Profil erhalten. Das Arbeitswerkzeug
2, beispielsweise ein Drehstahl, ist auf dem Kopiersupport 3 eingespannt. Die Verschiebung
des Supports 3 in die beiden Hauptrichtungen (x- und y-Richtung) geschieht durch
die beiden Spindeln-4, 5, die über die Kupplungen 8, 9 von den Motoren 6, 7 angetrieben
werden. Die beiden Kupplungen 8, 9 werden unter Zwischenschaltung des Steuergerätes
10 von einer Schabloneneinrichtung aus betätigt. Diese Einrichtung besteht aus einem
Kerbenträger 11, der .eine Kerbe 12 aufweist. Der Kerbenträger 11 wird von einer
Präzisionsspindel 13 in die x-Richtung bewegt. Zum Antrieb dieser Spindel dient
ein Motor 14, der mit einem Stellungsgeber 15, z. B. einem Synchro, gekuppelt ist.
Der zur Einrasterung in die Kerbe 12 bestimmte Fühler 16 wird in die y-Richtung
von der Präzisionsspindel 17 bewegt, die samt ihrem Antriebsmotor 18 und dem Stellungsgeber
19 auf dem Kopiersupport 3 befestigt sind. Die Befehle für die Antriebsmotoren der
Präzisionsspindeln und die Rückmeldungen der Stellungsgeber werden von einer elektronischen
Reellen- und Regeleinrichtung20 kontrolliert. Als Programmspeicherung dient beispielsweise
ein Lochstreifen21 oder ein Magnetband.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für Werkzeugmaschinen ist in
zwei getrennte und unabhängig voneinander arbeitende Steuersysteme unterteilt. Das
eine System wird in bekannter Weise von einer Kopiersteuerung gebildet, die nach
dem Prinzip der Nachlaufregelung arbeitet, wobei die Schablone durch eine einfache
Kerbe ersetzt wird. Das andere System ist ein mit Regelmitteln der digitalen Elektronik
ausgestatteter, geschlossener Regelkreis zur Positionierung der aus Kerbe und Fühler
bestehenden Raste. Dabei ist es möglich, die elektronische Positionierung stillzulegen
und nach Austausch der Kerbe durch eine Schablone ausschließlich die Kopiernachlaufsteuerung
einzusetzen.
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Bei der Kopiernachlaufsteuerung sind die Motoren 6, 7 für die Antriebe
der Arbeitsspindeln 4, 5 s ändig eingeschaltet. Die Übertragung des Antriebes u
auf die Spindeln geschieht über elektromagnetisch bet *itigte Kupplungen 8, 9, di.e
die kraftschlüssige Verbindung entsprechend den Steuerbefehlen des Steuergerätes
10 herstellen. Der Eingang des Steuergerätes 10 erhält seine Steuerimpulse von Kontakten
des Kopierfühlers 16. Befindet sich der Kopierfühler 16 in der richtigen Lage relativ
zu der Kerbe 12, dann gellen von dem Steuerungsgerät 10 keine Befehle aus. Sobald
jedoch der Fühler zu sehr in die Kerbe gedrückt wird oder von dieser einen größeren
Abstand einnimmt, oder eine seitliche Abweichung erfährt, werden besondere Kontakte
im Fühlerkopf betätigt, die über die zugeordneten Kupplungen 8, 9 die jeweiligen
Antriebe für die Verstellung des Supports 9 solange auslösen, bis die Raste wieder
ihren Normalzustand erreicht. Das Arbeitswerkzeug folgt also getreu den Bewegungen
der Rastenverstellung. Gemäß der Erfindung wird die Raste unabhängig von der Z achlaufsteuerung
auf Grund eines vorgegebenen Programms für die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge
bzw. in Analogie zur Kopierschablone verschoben. Die Raste kann hierbei als ein
die ganze Schablonenkontur durchlaufender Punkt aufgefaßt werden.
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Die gegenseitige Lage von Kerbe 12 und Kopierfühler 16 bestimmt den
Steuervorgang für den Nachlaufregelkreis. Die durch die Einrasterung festgelegte
jeweilige Position des Arbeitswerkzeuges 2 wird erfindungsgemäß nach Maßgabe eines
vorgegebenen Programmes dadurch geändert, daß Verschiebungen in die der Werkstückachse
zugeordnete x-Richtung von dem Steuerkörper und die dazu senkrechte y-Richtung vom
Kopierfühler ausgeführt wird. Jede dieser Verschiebungen geschieht durch besondere
Präzisionsspindeln 13, 17. Die x-Steuerspindel 13 ist ruhend mit dem Maschinenbett
verbunden, die y-Steuerspindel 17 ist dagegen auf dem beweglichen Support 3 angeordnet.
Sobald eine dem Steuerprogramm entsprechende Verschiebung des Steuerkörpers oder
des Fühlers eintritt, ist die Einrasterung gestört, was sofort die Auslösung des
Nachlaufes der Arbeitsspindeln zur Folge hat. Das Arbeitswerkzeug wird daraufhin
in die neue Lage der Raste gebracht.
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Die Verstellung der aus Kerbe 12 und Fühler 16 gebildeten Raste geschieht
durch Steuermotoren, die mit den Präzisionsspindeln starr gekuppelt sind. Zur Feststellung
des jeweiligen Ortes der Raste dienen Stellungsanzeigevorrichtungen 15, 19, beispielsweise
Synchros., die ebenfalls mit den Steuerspindeln 13, 17 gekuppelt sind. Für die Steuerung
der Rastenverstellüng ist eine elektronische Rechen- und Regeleinrichtung 20 vorgesehen,
die die Befehle an die Steuermotoren nach Maßgabe eines in einem Lochband 21 gespeicherten
Programms erteilt. Die elektronische Steuereinrichtung 20 entspricht in ihrem Aufbau
etwa den bekannten Positioniereinrichtungen, die für eine Punkt-für-Punkt-Verstellung
des Arbeitswerkzeuges bestimmt sind. Es enthält Organe sowohl für die Verstellung
der Raste in die x-, y-Richtung, wie auch Organe für die Einstellung der in der
Zeichnung nicht dargestellten Winkelanstellung des Arbeitswerkzeuges.
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Durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Werkzeugmaschinensteuerung
in die Nachlaufregelung des Kopierwerkes und in die Verstellung der Raste gemäß
.eines in einem Lochstreifen gespeicherten Programms wird eine weitgehende Anpassung
an die bei Werkzeugmaschinen gegebenen Verhältnisse gewährleistet. Bei bestimmten
Arbeitsvorgängen kann es zweckmäßiger sein, eine reine Kopiernachlaufsteuerung zu
verwenden. In der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist diese Umstellung ohne
weitgehende Änderungen rasch durchführbar, da die Raste bzw. die Kerbe durch die
übliche Kopierschablone ersetzt werden kann. Der elektronische Steuerkreis ist in
diesem Fall stillgelegt. Die Steuerung erfolgt jetzt ausschließlich nach dem Prinzip
der bekannten Kopiernachlaufsteuerungen.
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Anderseits können verwickelte Arbeitsvorgänge, die von der Kopiersteuerung
nicht oder mit Schwierigkeiten erfaßt werden, durch die leistungsfähigere elektronische
Steuervorrichtung ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Kombination beider Steuermethoden
ist deshalb weit anpassungsfähiger in bezug auf die Fertigungsbedingungen, als die
bisher bekannten Steuerungen.