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Handsteuereinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere-Nachformfräamaschinen,
zur Servosteuerung beweglicher Maschinenelemente Die Erfindung bezieht sich auf
Werkzeugmaschinen, insbesondere Nachformfrasmaschinen, und betrifft eine Handsteuereinrichtung
zur Servosteuerung beweglicher Maschinenelemente, die durch ein hydraulisches
Druokmedium bewegbar sind.
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Derartige Einrichtungen an Werkzeugmaschinen sind bekannt.
Sie
dienen zum Steuern der hydraulischen Steuerventile und -zylinder, welche
eine Verstellbewegung bestimmter Masohinenelemente, z.H. eines Maschinentisches,
eines Werkzeugschlittens oder eines Tastkopfschlittens einleiten. Eine Anordnung
dieser Art zur Steuerung der Verstellbewegung eines Schlittens an einer Nachformfräamaschine
besteht aus einem hydraulischen Servoventil mit Drehkolben, dessen einen Ende
über einen Kegelan-
trieb mit einem Handrad dreh- und
verschiebbar verbunden ist, während das andere Ende eine in einer am Schlitten angeordneten
Mutter geführte Zeitspindel trägt. Je nach Drehrichtung des Handrades und entsprechender
Verschiebung des Kolbens wird der Schlitten nach der einen oder anderen Seite bewegt.
Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich der Standort des die Maschine Bedienenden
unmittelbar an der Maschine befinden muB. Nun ist zwar auch schon eine Handsteuereinrichtung
bekannt geworden, die diesen Nachteil vermeidet; hierbei sind die die Bewegung vom
Handrad zum Steuerkolben übertragenden Mittel nicht mechanischer, sondern hydraulischer
Arts.Zur Erzeugung des den Kolben eines Steuerventils bewegenden hydraulischen Druckes
ist eine von Hand betätigte, in beiden Richtungen wirkende Pumpe vorgesehen. Diese
Einrichtung hat jedoch eine unerwünschte Steuer-Ungenauigkeit zur Folge, welche
abhängt und bestimmt ist von einer Anzahl für hydraulische Pumpenantriebe charakteristischer
Faktoren, z.B. der Pumpenart und Kontinuität der Fördermenge, Drehzahl, Viskosität
und Temperatur des verwendeten Druckmediums. Neben diesen als Servosteuerungen wirkenden
Handsteuereinrichtungen zur Steuerung beweglicher Maschinenelemente an Nachformfräsmaschinen
sind aus der Kategorie sogenannter Direkateuerungen eine hydraulisch arbeitende
Handhebel- oder Handraddirektsteuerung und eine elektrische Handhebelsteuerung bekanntgeworden.
Auer erhöhtem Kraftaufwand durch den Bedienenden, welchen Direktsteuerungen im allgemeinen
gegenüber einer Servosteuerung erfordern, müssen bei der hydraulischen Handsteuerung
der Handhebel oder das Handrad beim Stillsetzen einer Vorschubbewegung stets in
ihre Mittel- oder Nullstellung, in der keine Vorschubbewegung stattfindet,
zurückgebracht werden, wodurch unerwünschte Leerlaufzeiten entstehen und was erhöhte
Aufmerksamkeit hinsichtlich unbeabsichtigtem Loslassen des
Bedienungsorganes
mit a11 seinen Gefahren erfordert. Außerdem wird dadurch die Nachformgenauigkeit
ungünstig beeinflußt. Bei der elektrisch arbeitenden Handhebelateuerung ist dieser
Nachteil zwar vermieden; die Steuerung mit Hilfe der die Feldstärken der
Antriebsmotore direkt beeinflussenden Regelwiderstände bedingt jedoch erheblichen
elektrischen und baulichen Aufwand, um ein einigermaßen zufriedenstellendes Leistungsverhalten
derartiger Antriebe über einen größeren Geschwindigkeitsbereich zu sichern. Darüber
hinaus ist hierbei wie bei allen Handhebelsteuerungen eine für den Bedienenden sinnfällig
entsprechend den Bewegungsachsen gegebene Betätigung und eine gefühlsmäßig empfindliche
Geschwindigkeitseinstellung nicht möglich. Handhebelstellorgane für die Steuerung
der jeweiligen Bewegungsachsen und -richtungen sowie der Vorschubgeschwindigkeit
sind für den Bedienenden ungewohnter und grundsätzlich nachteiliger als Handradstellorgane.
Die Erfindung gehört zur Kategorie der Servosteuerungen. Sie stellt sich die Aufgabe,
eine Handsteuereinrichtung zu dem oben erläuterten Zweck so auszubilden, daß sowohl
eine von der Maschine weitestgehend unabhängige Standortwahl für den Bedienungsmann
und eine entsprechend den Bewegungsachsen gefühlsbetonte Bedienung möglich ist.
Die durch die Drehung des Handrades ausgelösten Steuerbefehle sollen so exakt ausgeführt
werden, daß eine optimale verstellgenauigkeit der Maschinenelemente gewährleistet
ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daB ein Differentialgetriebe mit konstantem
Antrieb verwendet wird, bei dem die eine seiner beiden Triebachsen mit einem von
Hand verstellbaren Bedienungsorgan, vorzugsweise einem Handrad, und die andere mit
einem Fliehkraftpendel verbunden ist, das seinerseits mit seiner axial verstellbaren
Hülse das Stellglied einer Steuerkette betätigt, bei dem es sich um ein hydraulisches
oder pneumatisches Steuerventil oder auch um einen Induktivgeber handeln .kann.
Gemäß
Erfindung kann auf der mit dem Handrad versehenen Triebachse des Differentialgetriebes
eine gegen Federkraft durch Drehen des Handrades auskuppelbare Bremse angeordnet
sein, welche dazu dient, ein etwa über die Lagerreibung vom Antrieb her übertragenes
Drehmoment auf das Bedienungsorgan auszuschalten. Auf diese Weise-rollen sich die
übrigen Kegelräder des Differentialgetriebes an dem in Ruhe befindlichen
Kegelrad ab und bringen die Gewichte des Fliehkraftpendels in einen genau definierten
Ausschlag, der bewirkt, daß das Stellglied über die axial verschiebbare Hülse des
Fliehkraftpendels in eine bestimmte Lage, vorzugsweise die Nullage, gebracht wird,
was seinerseits den Maschinenschlitten stillsetzt.
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Ein Vorteil der Anordnung besteht auch in der Justiermöglichkeit des
Ausschlages des Fliehkraftpendels: Hierzu kann gemäß Erfindung ein mit der
verschiebbaren Hülse des Fliehkraftpendels und dem Stellglied der Steuerkette
in Verbindung stehendes, einstellbares Federelement dienen. Die einstellbare Feder
wirkt gegen die axiale Auslenkkraft des Fliehkraftpendels und bewirkt somit
die genaue Nuilagenbeetimmung des
Stellgliedee.
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Nun kann durch Drehgeschwindigkeit und Richtung die Auslenkgröße
des Stellgliedes und somit die Vorschubgeschwindigkeit und Richtung
des Maschinenschlittens exakt bestimmt werden.
Das Differentialgetriebe
arbeitet als logischer Vergleicher, der sowohl Polarität, d.h. Drehrichtung als
auch Drehzahl des Handrades mit einer Referenzdrehzahl (des Motors) vergleicht und
die Drehzahl des Fliehkraftpendels proportional der Drehzahldifferenzänderung zwischen
Referenz- und Eingangsdrehzahl einstellt und somit die genaue Stellung des Stellgliedes
bestimmt.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiele mit hydraulischem
Stellglied schematisch und teilweise im Schnitt
dargestellt
und anschließend näher erläutert.
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Mit 1 ist ein Blektromotor bezeichnet, auf dessen welle
2 ein
Antriebskegelrad 3 zum Antrieb des Tellerrades 4 eines Diffe-
rentialgetriebes
angeordnet ist. Das Differentialgetriebe
besteht neben dem Tellerrad aus den
im Tellerrad drehbar ge-
lagerten Ausgleichskegelrädern 5, 6.und
den auf,die Trieb-
achsen 7, 8 aufgesetzten Triebrädern 9, 10.
Auf der Trieb-
achse 8 ist das Handrad 11 befestigt. Es besitzt
eine gezahnte Stirnfläche, die mit der entsprechend gezahnten Stirnfläche
einer ebenfalls auf der Triebachse 8 gelagerten, mittels
einer Druckfeder
12 gegen Handrad und den am nicht näher dar-
gestellten Gehäuse angeordneten
Bremskranz 13 angedrückten Brems$cheibe 14 im Eingriff steht. Die andere
Triebachse 7 des Triebrades 10 trägt ein Fliehkraftpendel 15 mit den Gewichten
16, 161 und der axial verschiebbaren Hülse 17. Die Lagerhülse 17 ist mit der
Mitnehmerscheibe 18 fest verbunden,
welche in einer am Steuerkolben 19 eines
hydraulischen Steuerventils 20 angeordneten Gabel 21 geführt ist. Die Mitnehmerseheibe
ist außerdem noch über eine Zugfeder 22, deren Federspannung mittels Stellschraube
und Mutter 23 einstellbar ist, mit dem nur angedeuteten Gehäuse, in dem
die gesamte Anordnung
untergebracht ist, verbunden. Das Steuerventil hat in
bekann-
ter Weise eine Eingangsdruckleitung 24, zwei Arbeitsdruokleitungen
25, 25' und eine Rücklaufleitung 26.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgendes
Das Tellerrad 4 wird über das auf der Motorwelle 2 angeordne-
te Kegelrad
3 vom Blektromotor 1 mit gleichbleibender Drehzahl
und -riohtung
angetrieben. Das Handrad 11 ist durch die Bremsscheibe 14 gebremst
und wird ninht bewegt. Da sich somit
Achse 8 und Triebrad 9 im Ruh ätand
befinden, wälzen die Äusgleichskegelräder 5, 6 auf dem Rad 9 ab und
geben dem Triebrad
10 und dessen Achse 7 ebenfalls eine bestimmte
gleichbleibende
Drehzahl. Dadurch fliehen die Gewichte des fliehkraftpendels
in eine bestimmte Lage und bewirken über die Mitnehmersoheibe
18 und die Gabel 21, daß auch der Steuerkolben 19 eine bestimm-.
te
Zage einnimmt. Die Zugfeder 22 ist hierbei vorteilhaft so_ vorgespannt, daß diese
Zage des Steuerkolbens gleichzeitig seine Nullage ist, d.h. in der kein öl fließt.
Die exakte Justierung dieser Nullage erfolgt durch Änderung der Federspannung mit
Hilfe der Stellschraube und Mutter 23. Mit dem Handrad 11 wird eine Bewegung-des
hydraulischen Steuerkolbens 19 und damit eine Vorschubbewegung eines Maschinenelementes
eingeleitet. Vorspannung der Druckfeder 12 und Steigung der Zähne der beiden gezahnten
Bremakupplungahälften sind so bemessen, daß sich bei Drehung des Handrades die Bremsscheibe
14 vom Bremskranz 13 abhebt und die Bremswirkung aufgehoben wird. Erfolgt eine Drehung
des Handrades beispielsweise in Drehrichtung des Triebrades 10, so verringert sich
die Drehzahl der Räder 5, 6 und 10, somit der Ausschlag der Fliehgewichte, und über
die Mitnehmerscheibe 18 und die Gabel 21 wird der Steuerkolben 19 des hydraulischen
Steuerventils zur Einleitung einer Steuerbewegung in der in der Zeichnung gezeigten
Pfeilrichtung (nach unten) bewegt. Bei Drehung des Handrades entgegen dem Drehsinn
des Triebrades 10 vergrößert sich die Drehzahl der Räder 5" 6 und 10, somit der
Pliehgewichtsausschlag, und der Steuerkolben wird in der entgegengesetzten Richtung
zur Einleitung einer Steuerbewegung in entgegengesetzter Richtung bewegt. Wird die
Drehung des Handrades beendet, erfolgt sofortiges Abbremsen der Triebachse 8 durch
die Bremsscheibe 14. Fliehkraftpendel und Steuerkolben nehmen ihre frühere Zage,
die Nullage ein, und der Vorschub des betreffenden Maschinenelementes wird gestoppt.