DE1463565B2

DE1463565B2 - Elektrische steuerungsvorrichtung zur vorschubbegrenzung von werkzeugmaschinenschlitten

Info

Publication number: DE1463565B2
Application number: DE19631463565
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Spinner, Georg, Dipl Ing Dr Ing, 8000 München
Priority date: 1963-11-19
Filing date: 1963-11-19
Publication date: 1973-02-22
Also published as: DE1463565C3; DE1463565A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerungsvorrichtung zur Vorschubbegrenzung von Schlitten an Werkzeugmaschinen mit einem als elektromechanischer Wandler ausgebildeten Geber, der mit einem Gegenanschlag in Berührung bringbar ist und dabei unter der Wirkung einer elastischen Rückstellkraft stetig seine Ausgangsgröße ändert, die in einer elektrischen, ein dem Geber elektrisch entsprechendes Vergleichsglied aufweisenden Brückenschaltung auswertbar ist.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Steuerungsvorrichtungen für Werkzeugmaschinenschlitten Bezug, wie er in der USA.-Patentschrift 2 831387 beschrieben ist. Dort sind als Geber stetig wirkende Wandler vorgesehen,

ίο die mit Widerständen in Brückenschaltungen arbeiten, wobei die Vergleichsglieder entsprechend ausgebildet sind, d. h., die elektrischen Werte von Geber und Vergleichsglied sind aufeinander abgestimmt.

Derartige Steuerungsvorrichtungen haben gegenüber den bekannten Endlagenabschaltvorrichtungen, die mittels Mikroschaltern od. dgl. arbeiten, den Vorteil, daß eine langsame und genaue Annäherung an das Sollmaß erreicht wird, weil keine vom Endschalter betätigte Bremseinrichtung vorgesehen ist, die sich zusätzlich auf das Fertigmaß auswirkt.

Bei der bekannten Steuerungsvorrichtung ist jedoch auf Grund unterschiedlicher Unterbringungsorte der mechanische Aufbau von Geber und Vergleichsglied ι unterschiedlich, und diese sind an die jeweiligen Zwecke individuell angepaßt worden. Dies schließt einen nachträglichen Einbau aus. ·

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch einfach aufgebaute Steuerungsvorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die auch nachträglich an jede vorhandene Werkzeugmaschine in einfacher Weise anbaubar ist und eine hohe Genauigkeit aufweist, die der von bekannten Mikroschalter- oder Lichtschrankensteuerungen wesentlich überlegen ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Geber als zusammendrückbarer induktiver Wandler ausgebildet ist und daß Geber und Vergleichsglied elektrisch und im mechanischen Aufbau identisch ausgebildet sind.

Durch die bestimmte Ausbildung des verwendeten Gebers und durch die elektrisch und im mechanischen Aufbau identische Ausbildung von Geber und zugehörigem Vergleichsglied wird auf einfache Weise eine genaue Vorschubbegrenzung erreicht, wobei die Einzelteile so ausgebildet sind, daß sie leicht an jede herkömmliche Werkzeugmaschine angebaut werden können. Weiterhin ist vorteilhaft, daß sich durch die Verminderung der Zahl der erforderlichen Einzelteile infolge der identischen Ausbildung von Geber und Vergleichsglied Herstellungskosten einsparen lassen. Gemäß einer Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung ist der Geber in Reihe oder parallel zu einer die Rückstellkraft bewirkenden Feder geschaltet. Diese Feder hat zweckmäßigerweise gemäß einem weiteren Merkmal eine progressive Charakteristik; ihre Kraft erhöht sich also bei fortschreitender Zusammendrückung mehr als linear. Hierbei ist es insbesondere bei spanabhebender Bearbeitung zweckmäßig, diese z. B. aus Gummi bestehende Feder zu bedampfen.

Die Feder kann in Ausgestaltung der Erfindung aus einer elastischen Scheibe bestehen, die im Luftspalt des Eisenkerns zwischen den Spulen des induktiven Gebers liegt.

Der Geber liegt in dem einen Zweig einer elekirischen Brücke, die neben Abgleichelementen im parallelen Brückenzweig als Vergleichsglied einen zweiten mit dem Geber identischen Wandler aufweist, der in eine Einstelleinrichtung, z.B. eine Mikrometer-

schraube, eingespannt ist, die eine definierte Zusammendrückung dieses elektromechanischen Wandlers ermöglicht. Das Maß der Zusammendrückung entspricht dann direkt oder proportional dem Grenzwert des Vorschubweges, der durch das in der Brückendiagonale liegende Meßinstrument angezeigt wird.

Wenn die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für Handbedienung vorgesehen wird und das Brückengleichgewicht bzw. die Endstellung durch ein Meßinstrument angezeigt werden, kann der Vorschub so weit erfolgen, bis das Instrument auf Null zeigt. Statt dessen kann es auch zweckmäßig sein, eine Flanke des Brückenstromverlaufs zu wählen und bei einem bestimmten Brückenstrom die Nullmarke auf dem Instrument anzubringen. Hierdurch wird eine Eichung des Instrumentes, z. B. in Vioo oder Viooo mm, möglich. Stimmen dann z.B. die Abmessungen des Werkstückes infolge Werkzeugabnutzung nicht mehr genau, so braucht lediglich das Vergleichsglied — d. h. seine Zusammendrückung — entsprechend eingestellt zu werden. Dann kann die Arbeit mit dem gleichen Anschlagpunkt weitergeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch auf einfache Weise für automatischen Betrieb Anwendung finden. Hierbei kann die der Brücke entnommene Spannung zur Steuerung des Vorschubs verwendet werden, wobei mit Erreichen des für das Nullmaß erforderlichen Brückenstromwertes (auch hierbei kann der Brückenstrom entweder Null sein oder ein bestimmter Unsymmetriestrom) entsprechend der Bewegung des Gebers infolge der Berührung des Gegenanschlags ein langsames Stillsetzen des Vorschubs erfolgt.

Bei automatischem Ablauf kann durch Erreichen der vorgegebenen Schlittenposition die Steuerung eines nächsten Arbeitsganges innerhalb eines fortlaufenden Programms ausgelöst werden.

Es ist grundsätzlich möglich, daß an Stelle des induktiven Wandlers nach der Erfindung auch an sich bekannte kapazitive oder piezoelektrische Wandler vorgesehen werden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung zur Vorschubbegrenzung bei zwei senkrecht zueinander verschiebbaren Schlitten,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäß als induktiver Wandler ausgebildeten Geber,

F i g. 3 eine elektrische Brückenschaltung zur Auswertung des Gebersignals,

Fig. 4 und 5 Schaltungen zur Steuerung des Schlittenvorschubmotors während des letzten Vorschubabschnittes in Abhängigkeit von den vom elektromechanischen Wandler gelieferten Signalen,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Steuerungsvorrichtung in drei Dimensionen (jeweils Vor- und Rücklauf).

In Fig. 1 sind zwei rechtwinklig zueinander bewegliche Vorschubschlitten 10 und 11 schematisch dargestellt. Diese Schlitten können beispielsweise die Werkzeugschlitten einer Werkzeugmaschine sein, die manuell oder elektromotorisch angetrieben werden. Die Antriebs- und Führungseinrichtungen der Schlitten sind, da sie hier ohne Belang sind, in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellt. An den Schlitten 10 bzw. 11 sind Geber A₁, A₂ bzw. A₁,, A₂, in Gestalt elektromechanischer Wandler vorgesehen. Diese Geber wirken jeweils mit einem relativ zum Maschinenrahmen fixierbaren Gegenanschlag 12 bzw. 12' zusammen, der gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Anschlagtrommel ausgebildet ist. Die Anschlagtrommel kann revolverkopfartig ausgebildet sein und Anschlagstifte 13 unterschiedlicher Länge aufweisen, von denen jeweils einer mit dem zugeordneten Geber A am Maschinenschlitten zusammenwirkt. Die Anschlagtrommel kann automatisch geschaltet werden, so daß entsprechend der Zahl der Anschlagstifte 13 unterschiedliche Vorschubbegrenzungen erreicht werden können. Die Anschlagtrommel kann überdies auswechselbar sein, um passende Gegenanschläge für die verschiedenen Werkstücke zur Verfügung halten zu können.

An Stelle der in der Zeichnung dargestellten Anordnung könnten die elektromechanischen Wandler A auch gehäusefest montiert werden, wobei für Vor- und Rücklauf jeweils ein weiterer Anschlag, z. B. in Gestalt eines Revolvers, an jedem Schlitten anzubringen wäre.

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen zusammendrückbaren induktiven Wandler. Dieser besteht aus zwei axial aufeinander ausgerichteten, in Topfkernen 14 angeordneten Spulen 15, deren Induktivitätswert sich infolge Änderung des Luftspaltes bei axialer Zusammendrückung ändert. Zwischen den beiden Topfkernen ist eine Scheibe 16 aus Gummi eingefügt. Gegen den Boden des einen Topfkernes 14 stützt sich ein Flansch 17 ab, der einen Gewindeansatz 18 zum Aufschrauben auf einem am Schlitten 10 bzw. 11 vorgesehenen Gewindezapfen trägt. Gegen den Boden des anderen Topfkernes stützt sich ein Flansch 19 ab, der einen Ansatz 20 mit poliertem, konvex ausgebildetem Kopf 21 trägt. Die Bauteile werden durch äußere Gehäusestege 22 derart zusammengehalten, daß eine begrenzte axiale Zusammendrückung und Ausdehnung möglich ist.

Gemäß F i g. 3 ist an einen Wechselstromgenerator G die Primärwicklung eines Transformators T angeschlossen, dessen Sekundärwicklung eine geerdete Mittelanzapfung O trägt. Die hierdurch gebildeten Teilsekundärwicklungen liegen in zwei parallelen Brückenzweigen, in denen außerdem in Reihe hintereinander je ein Abgleichswiderstand R bzw. R' sowie der induktive Wandler als Geber A bzw. das Vergleichsglied V liegen. Das Vergleichsglied V ist elektrisch und im mechanischen Aufbau mit dem Geber gemäß F i g. 2 identisch. Die das Grenzmaß bestim-

So mende Zusammendrückung des Vergleichsgliedes V kann durch eine Mikrometerschraube 23 od. dgl. bewirkt werden.

In der Brückendiagonale zwischen den Punkten O und O' liegt ein Meßinstrument, das die Vorschubbegrenzung zu beobachten gestattet. Die Brücke kann dabei symmetrisch derart abgeglichen sein, daß bei Erreichung des Vorschubendwertes der Brückenstrom Null wird. Um jedoch mittels des Meßinstrumentes auch eine quantitative Ablesung der Vorschubstrecken zu ermöglichen, kann die Brücke unsymmetrisch derart eingestellt werden, daß bei Erreichen der Endstellung ein definierter Brückenstrom fließt, der den Endgrenzwert definiert.

Die Primärwicklung des Transformators T gemäß F i g. 3 kann mit Netzfrequenz erregt werden, jedoch wird im allgemeinen zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und der Meßwertänderung eine Erregung mit höherer Frequenz zu empfehlen sein. Die Wahl der

Frequenz hängt von der möglichen Selbstinduktion der Geberspule ab. Zur automatischen Vorschubsteuerung können die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Schaltungen dienen. Diese Schaltungen werden nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel induktiv über einen Transformator U erregt, dessen Primärwicklung in der Brückendiagonale O-O' liegt (vgl. Fig. 3).

In den Schaltungen gemäß F i g. 4 und 5 ist der den zu begrenzenden Schlitten antreibende Motor mit M bezeichnet. Mit W ist ein Wirbelstrombremswiderstand bezeichnet.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Röhrenschaltung steigt der Anodenstrom der Röhre Ro₁, wenn sich die Brückenspannung (-Ug₁) verringert. Dadurch erhält der Bremswiderstand W Strom, und gleichzeitig regelt die Röhre Rö_o den Ankerstrom gegen Null.

Die in Fig. 5 dargestellte Transistorschaltung arbeitet in gleicher Weise. Durch Anschaltung zusätzlicher Schaltelemente kann eine beliebige Bremsbzw. Auslaufcharakteristik des Motors M erreicht werden. An Stelle des Gleichrichters G1 kann ein gesteuerter Gleichrichter verwendet werden.

Durch die Bremsschaltungen können weitere Schaltvorgänge ausgelöst werden, um z. B. den Rücklauf des Schlittens oder die Bewegung weiterer Schlitten einzuleiten. Eine solche Fortschaltung für dreidimensionale Steuerung ist an Hand eines Blockschaltbildes in F i g. 6 veranschaulicht. Diese Schaltung besteht aus drei Stufen I, II und III für je einen

ίο Bewegungsvorgang. Die relaisbetätigten Umschalter u bewirken jeweils eine Umschaltung der für den Vorlauf bzw. Rücklauf wirksamen Wandlerelemente. Der Block 24 entspricht der in F i g. 3 dargestellten Brükkenschaltung, deren Ausgangssignal einem Verstärker 25 und von dort einem Steuerblock 26, z. B. gemäß F i g. 4 oder 5, zugeführt wird. Über die Umschalter 27 wird durch Änderung der Polarität eine Drehrichtungsumkehr des Motors M bewirkt. Die Relais Y bewirken nach Maßgabe der Steuerblöcke 26 eine Weiterschaltung nach der nächsten Stufe der Stufen I, II und III, so daß ein vollautomatischer Betrieb gewährleistet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Steuerungsvorrichtung zur Vorschubbegrenzung von Schlitten an Werkzeugmaschinen mit einem als elektromechanischer Wandler ausgebildeten Geber, der mit einem Gegenanschlag in Berührung bringbar ist und dabei unter der Wirkung einer elastischen Rückstellkraft stetig seine Ausgangsgröße ändert, die in einer elektrischen, ein dem Geber elektrisch entsprechendes Vergleichsglied aufweisenden Brückenschaltung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (A) als zusammendrückbarer induktiver Wandler ausgebildet ist und daß Geber (A) und Vergleichsglied (F) elektrisch und im mechanischen Aufbau identisch ausgebildet sind.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (^4) in Reihe oder parallel zu einer die Rückstellkraft bewirkenden Feder geschaltet ist.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine progressive Charakteristik aufweist.

4. Steuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder gedämpft ist.

5. Steuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als elastische Scheibe (16) ausgebildet ist, die im Luftspalt zwischen den Spulen (15) des Gebers angeordnet ist.

6. Steuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus elastischem Kunststoff besteht.

7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flanke des Brückenstromverlaufs zur Anzeige und/oder Steuerung ausgewertet wird.

8. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Werkzeugmaschinenschlitten (10 bzw. 11) je ein Geber (Al]Al') für die Vorschubbegrenzung und je ein Geber (Al; A2') für die Rücklaufbegrenzung vorgesehen sind, die jeweils mit einem ortsfesten Gegenanschlag (12 bzw. 12') zusammenwirken.

9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Geber (A) zusammenwirkenden Gegenanschläge als Stifte (13) unterschiedlicher Länge ausgebildet sind, die in einer drehbaren, revolverkopfartigen Trommel angeordnet sind.

10. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel auswechselbar ist.