DE1235409B

DE1235409B - Electrical device to keep the cutting speed constant in rotating jaws with step gears

Info

Publication number: DE1235409B
Application number: DE1958S0058146
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Willy Zieten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-05-08
Filing date: 1958-05-08
Publication date: 1967-03-02

Description

Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbänken mit Stufengetrieben Bei Drehbänken, insbesondere für das Plandrehen ist es erwünscht, die Schnittgeschwindigkeit unabhängig vom jeweiligen Schneidradius, konstant zu halten. Abgesehen von rein mechanischen Drehzahlsteuereinrichtungen, die dieses Problem mittels komplizierter Steuergestänge lösten, sind schon elektrische Steuereinrichtungen bekanntgeworden, die den Feldwiderstand des Antriebsmotors nach einer Hyperbelfunktion entsprechend der Änderung des Schneidradius stufenweise verändern. Auf diese Weise ist jedoch keine große Genauigkeit erzielbar. Die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit ist bei einer solchen Steuerung nämlich von verschiedenen Störgrößen abhängig, deren Einfluß nicht berücksichtigt wird.Electrical device to keep the cutting speed constant on lathes with step gears on lathes, especially for face turning it is desirable to set the cutting speed independently of the respective cutting radius, keep constant. Apart from purely mechanical speed control devices, which solved this problem by means of complicated control linkages are already electric Control devices have become known that adjust the field resistance of the drive motor change a hyperbolic function in steps according to the change in the cutting radius. In this way, however, no great accuracy can be achieved. The actual cutting speed is namely dependent on various disturbance variables in such a control, their Influence is not taken into account.

Für diese Zwecke ist bei Drehbänken mit Stufengetrieben eine elektrische Einrichtung bekanntgeworden, bei der durch eine Regelung mit dem Produkt aus Schneidradius und Motordrehzahl als Istwert und dem Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit und Getriebeübersetzung als Sollwert die Schnittgeschwindigkeit konstant gehalten wird. Hierbei wird ein Potentiometer an den Ausgang eines Tachometerdynamos angeschlossen, der mit dem Antriebsmotor gekuppelt ist. Am Abgriff des Potentiometers, das vom Supportvorschub verstellt wird, entsteht eine Spannung, die dem Produkt von Schneidradius und Motordrehzahl proportional ist und in Vergleich mit einer konstanten Sollwertspannung gesetzt wird, wobei die Differenz dieser beiden Spannungen die die Drehzahl des Motors beeinflussende Steuergröße ist. Formelmäßig ausgedrückt bedeutet die auf Grund der Gleichung daß das Produkt r - N den Istwert und der Quotient den Sollwert darstellt. In der Formel bedeutet R den Schneidradius, N die Motordrehzahl, v die Schnittgeschwindigkeit und ü die Getriebeübersetzung.For this purpose, an electrical device has become known in lathes with multi-step gears, in which the cutting speed is kept constant by a control with the product of the cutting radius and motor speed as the actual value and the ratio of cutting speed and gear ratio as the setpoint. A potentiometer is connected to the output of a tachometer dynamo, which is coupled to the drive motor. At the tap of the potentiometer, which is adjusted by the support feed, a voltage is created that is proportional to the product of the cutting radius and the motor speed and is set in comparison with a constant setpoint voltage, the difference between these two voltages being the control variable that influences the speed of the motor. Expressed in a formula, it means based on the equation that the product r - N is the actual value and the quotient represents the setpoint. In the formula, R means the cutting radius, N the motor speed, v the cutting speed and ü the gear ratio.

Ausgehend von der zuletzt genannten Einrichtung stellt sich die Erfindung die Aufgabe, den erwähnten Sollwert - und damit bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit die übersetzung - selbsttätig derart optimal zu wählen, daß mit dem in seinem Drehzahlbereich begrenzten Antriebsmotor ein Arbeiten mit vorgegebener konstanter Schnittgeschwindigkeit in ; einem möglichst großen Durchmesserbereich möglich ist. Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbänken mit Stufengetrieben, mit stetiger Steuerung der Drehzahl des Spindelantriebsmotors über einen Regelverstärker, dessen Steuereingang von der Differenz zwischen einem Sollwert, der dem Verhältnis von vorgegebener Schnittgeschwindigkeit zu eingestellter Übersetzung des Stufengetriebes entspricht, und einem Istwert, der aus dem Produkt von Motordrehzahl und Schneidradius gebildet ist, beaufschlab wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen optimalen Auswahl der Stufengetriebeübersetzung ein Umschalter vorgesehen ist, mit welchem vor Beginn des Drehvorgangs der Ausgang des Regelverstärkers von dem Drehzahlsteuereingang des Motors auf den Eingang einer Verstelleinrichtung für den Sollwert und der Istwerteingang für die Motordrehzahl auf einen festen, der kleinstmöglichen Motordrehzahl entsprechenden Wert umgeschaltet werden, wobei außerdem der größte jeweils. vorliegende Arbeitsschneidradius eingestellt ist, derart, daß der Sollwert als nunmehrige Regelgröße auf einen Wert eingeregelt wird, welcher dem eigentlichen Istwert bei kleinstmöglicher Motordrehzahl und diesem Schneidradius entspricht, und :sich aus diesem Wert die optimale Stufengetriebeübersetzung bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit ergibt.The invention is based on the device mentioned last the task, the mentioned target value - and thus at the given cutting speed the translation - to choose automatically so optimally that with the in its speed range limited drive motor working with a given constant cutting speed in ; the largest possible diameter range is possible. The invention relates to an electrical device to keep the cutting speed constant Lathes with step gears, with constant control of the speed of the spindle drive motor via a control amplifier whose control input depends on the difference between a Setpoint, which is the ratio of the specified cutting speed to the set Translation of the multi-step transmission corresponds to, and an actual value that is derived from the product is formed by the engine speed and cutting radius, is acted upon. She is through it characterized in that for automatic optimal selection of the stepped gear ratio a changeover switch is provided, with which the output before the start of the rotation process of the control amplifier from the speed control input of the motor to the input of a Adjustment device for the setpoint and the actual value input for the motor speed switched to a fixed value corresponding to the lowest possible engine speed be, also being the largest of each. existing working cutting radius set is such that the setpoint is now adjusted to a value as the controlled variable which is the actual value at the lowest possible engine speed and this Cutting radius corresponds, and: this value results in the optimal multi-step gear ratio at a given cutting speed.

Der Erfindung kommt besondere Bedeutung zu bei Antriebsmotoren mit relativ kleinem Drehzahlbereich, wie z. B. bei feldgesteuerten Gleichstrommotoren. Sie ist jedoch auch für andere Antriebe mit Vorteil verwendbar. Stets wird dadurch der verfügbare Drehzahlbereich optimal im Sinne einer möglichst auch bei kleinen Schneidradien konstanten Schnittgeschwindigkeit ausgenützt. Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung -eines Ausführungs beispieles, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.The invention is of particular importance in the case of drive motors relatively small speed range, such as. B. in field-controlled DC motors. However, it can also be used with advantage for other drives. It always becomes the available speed range optimal in the sense of a possible even with small Cutting radii of constant cutting speed used. Closer Details of the invention emerge from the following description of an embodiment example, which is shown schematically in the drawing.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinrichtung. Sie besteht aus dem Radiusgeber 1, der von einer Tachometermaschine 2, die mit dem Antriebsmotor 3 gekuppelt ist, gespeist wird. Zur Vorgabe der minimalen Motordrehzahl bei stillstehendem Motor ist eine Spannungsquelle 4 vorgesehen, die mittels des Umschalters 5 auf den Radiusgeber geschaltet werden kann. Am Ausgang des Radiusgebers entsteht also eine Spannung, deren Größe dem Wert r - N bzw. ro - NO proportional ist. Dieser Wert kann mit Hilfe eines Verstärkers 6 verstärkt werden und wird mit dem Sollwert verglichen, der vom Sollwertgeber 7 geliefert wird. Der Sollwert ist nach obigem das Verhältnis der gewünschten Schnittgeschwindigkeit und der Getriebeübersetzung. Die Regelabweichung wird über einen Gegentaktverstärker 8 und einen Endverstärker 9 zur Steuerung des Antriebsmotors 3 in an sich bekannter Weise verwendet. Zwischen den Verstärkern 8 und 9 ist ein mit dem Umschalter 5 gekuppelter Umschalter 5' angeordnet, der vor dem Drehen .den Folgeregelkreis 1 und während des Drehens den Regelkreis für die Schnittgeschwindigkeit II schließt.F i g. 1 is a block diagram of the entire controller. It consists of the radius sensor 1, which is fed by a tachometer machine 2 which is coupled to the drive motor 3. To specify the minimum engine speed when the engine is at a standstill, a voltage source 4 is provided, which can be switched to the radius sensor by means of the changeover switch 5. At the output of the radius sensor there is a voltage, the magnitude of which is proportional to the value r - N or ro - NO. This value can be amplified with the aid of an amplifier 6 and is compared with the setpoint value that is supplied by the setpoint generator 7. According to the above, the setpoint is the ratio of the desired cutting speed and the gear ratio. The control deviation is used via a push-pull amplifier 8 and an output amplifier 9 to control the drive motor 3 in a manner known per se. Between the amplifiers 8 and 9, a changeover switch 5 'coupled to the changeover switch 5 is arranged, which closes the follow-up control circuit 1 before turning and the control circuit for the cutting speed II during the turning.

Die Einrichtung wirkt in folgender Weise. Vor dem Drehen werden die beiden Schalter 5 und 5' in die Stellung I gebracht, so daß der Folgeregelkreis I geschlossen ist. Als Sollwert für diesen Regelkreis dient die Größe ro - Na. In Abhängigkeit von dieser Größe wird ein Potentiometer oder eine ähnliche Einrichtung des Sollwertgebers 7 derart verstellt, daß die von ihm gelieferte Spannung, die dem Quotienten entspricht, den Sollwert ro - NO erreicht. Damit ist gewährleistet, daß das Drehen mit der minimalen Motordrehzahl beginnt und damit die Schnittgeschwindigkeit über einen weiten Bereich des Schneidradius konstant gehalten werden kann.The facility works in the following way. Before turning, the two switches 5 and 5 'are brought into position I so that the slave control circuit I is closed. The variable ro - Na serves as the setpoint for this control loop. Depending on this variable, a potentiometer or a similar device of the setpoint generator 7 is adjusted in such a way that the voltage supplied by it corresponds to the quotient corresponds to, the setpoint ro - NO is reached. This ensures that the rotation starts with the minimum motor speed and that the cutting speed can be kept constant over a wide range of the cutting radius.

Aus dem derartig erhaltenen Wert ist nun bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit die übersetzung ü ohne weiteres bestimmbar. Sie wird entweder abgelesen und von Handeingestellt oder automatisch geschaltet.From the value thus obtained the gear ratio ü can now be easily determined at a given cutting speed. It is either read and set manually or switched automatically.

Darauf werden die Umschalter 5 und 5' in die Stellung II gebracht, worauf nun der Wert als Sollwert und die Größer - N als Istwert des Regelkreises II für die Schnittgeschwindigkeit dient.The changeover switches 5 and 5 'are then placed in position II, whereupon the value serves as the setpoint and the variable r - N as the actual value of the control loop II for the cutting speed.

Bei automatischen Drehbänken ist es beispielsweise zur Herstellung konusförmiger Drehflächen üblich, auf den Support einen Schlitten mit einem gewissen Anstellwinkel aufzusetzen. Für diesen Fall zeigt F i g. 2 schematisch eine Möglichkeit zur Erfassung des Schneidradius. Der Radiusgeber besteht aus zwei linearen und einem Cosinuspotentiometer. An die Klemmen 10 und 11 wird die Ausgangsspannung des Tachometerdynamos 2 bzw. der Spannungsquelle 4 angeschlossen. Der Radius r ergibt sich gemäß F i g. 3 als r=x-y-coscx, wobei x den Abstand der Drehachse d des Schlittens auf dem Support von der Spindelachse s und y den Abstand der Drehscheibe von der Schlittendrehachse bedeutet. Am Ausgang 12, 13 des Radiusgebers entsteht somit die Größe N-(x-y-cosa)=N-r. Zur Bestimmung der Übersetzung kann eine Anordnung nach F i g. 4 dienen. Sie enthält ein Potentiometer 14, dessen Abgriff mit einer Walze 15 verbunden ist. Die Walze ist in F i g. 4 aufgerollt dargestellt. Auf ihrer Umfangsfläche sind Linienzüge ü1 bis ü7 vorgesehen, die den einzelnen Übersetzungen entsprechen. Ein feststehendes Fenster 16 trägt ein;. Skala 17 der Werte der Schnittgeschwindigkeit. Sobald nun durch den Folgeregelkreis I der richtige Wert am Potentiometer 14 eingestellt ist, kann man an dem feststehenden Fenster die für die jeweils gewünschte Schnittgeschwindigkeit erforderliche übersetzung ablesen. Soll die Übersetzung automatisch eingestellt werden, so kann man die Walze als Kontaktwalze ausführen und mit ihr elektromagnetische Kupplungen steuern.In automatic lathes, for example, for the production of conical turning surfaces, it is common to place a slide with a certain angle of attack on the support. For this case, FIG. 2 schematically shows a possibility of detecting the cutting radius. The radius encoder consists of two linear and one cosine potentiometer. The output voltage of the tachometer dynamo 2 or the voltage source 4 is connected to terminals 10 and 11. The radius r results from FIG. 3 as r = xy-coscx, where x is the distance between the axis of rotation d of the carriage on the support and the spindle axis s and y is the distance between the turntable and the axis of rotation of the carriage. At the output 12, 13 of the radius encoder, the size N- (xy-cosa) = no. To determine the translation, an arrangement according to FIG. 4 serve. It contains a potentiometer 14, the tap of which is connected to a roller 15. The roller is shown in FIG. 4 shown rolled up. Lines u1 to u7, which correspond to the individual translations, are provided on its circumferential surface. A fixed window 16 carries a ;. Scale 17 of the values of the cutting speed. As soon as the following control loop I now has the correct value is set on the potentiometer 14, the gear ratio required for the required cutting speed can be read from the fixed window. If the translation is to be set automatically, the roller can be designed as a contact roller and can be used to control electromagnetic clutches.

Im übrigen ist die Ausbildung der einzelnen Elemente des Regelkreises, insbesondere der Verstärker, für die Erfindung unwesentlich. Es können magnetische oderelektronische, insbesondere Transistorverstärker verwendet werden. Will man die Bestimmung des Schneidradius durch eine Potentiometeranordnung vermeiden, so kann man hierfür auch optische Einrichtungen u. dgl. anwenden. In diesem Fall erfolgt die Produktbildung von Sehneidradius und Motordrehzahl vorteilhaft mittels eines Hallgenerators.In addition, the formation of the individual elements of the control loop is especially the amplifier, not essential to the invention. It can be magnetic or electronic, in particular transistor amplifiers are used. Do you want avoid determining the cutting radius by means of a potentiometer arrangement, see above optical devices and the like can also be used for this purpose. In this case it takes place the product formation of the cutting radius and engine speed advantageously by means of a Hall generator.

Die Steuerung des Motors 3 durch die aus dem Regelkreis gewonnene Stellgröße kann entweder über den Feldkreis oder über den Ankerkreis, gegebenenfalls auch über beide Kreise, erfolgen. Letztere Maßnahme wird insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn der durch eine Feldregelung erzielbare Drehzahlbereich nicht ausreicht.The control of the motor 3 by the one obtained from the control loop The manipulated variable can either be via the field circuit or the armature circuit, if necessary also via both circles. The latter measure is then particularly useful if the speed range that can be achieved by field control is not sufficient.

Claims

Claims: 1. Electrical device to keep the Cutting speed on lathes with step gears, with continuous control the speed of the spindle drive motor via a control amplifier, its control input on the difference between a target value and the ratio of the given cutting speed corresponds to the set ratio of the multi-step gear and an actual value, which is formed from the product of engine speed and cutting radius, is applied is, d a d u r c h g e - indicates that for automatic optimal selection of the Stepped transmission a changeover switch is provided with which before the start the output of the control amplifier from .the speed control input of the motor to the input of an adjustment device for the setpoint and the actual value input for the engine speed to a fixed, corresponding to the lowest possible engine speed Value can be switched over, with the largest existing working cutting radius is set in such a way that the setpoint as the now controlled variable is set to a value which is the actual value at the lowest possible engine speed and this cutting radius corresponds to, and from this value the results in an optimal stepped gear ratio at a given cutting speed.

2. Device according to claim 1, characterized in that; that to enter the fixed, .A fixed voltage source corresponding to the lowest possible motor speed serves.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the required over-conversion determined automatically from the adjusted setpoint and automatically set on the multi-step transmission, preferably by means of electromagnetic clutches will. Considered publications: German patent specifications No. 359 862, 705 086, 863 436, 948 750; French patent specification No. 974 938.