DE1552541C3

DE1552541C3 - Vorrichtung an einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine zum Herabsetzen der Vorschubgeschwindigkeit bei Überschreiten eines Belastungshöchstwertes

Info

Publication number: DE1552541C3
Application number: DE1552541A
Authority: DE
Inventors: Richard E. Milwaukee Wis. Stobbe
Original assignee: Kearney and Trecker Corp
Current assignee: Kearney and Trecker Corp
Priority date: 1965-09-16
Filing date: 1966-09-14
Publication date: 1981-08-13
Also published as: US3311025A; DE1552541B2; GB1157667A; DE1552541A1; SE333676B; JPS5628647B1

Description

In Anlehnung an eine Vorrichtungsgattung im Sinne der DE-PS 1 114 239 handelt es sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Werkzeugmaschine, etwa einer numerisch gesteuerten Bohr- und Fräsmaschine, wird ein Schneidwerkzeug mit einer vorbestimmten Drehanzahl angetrieben und gleichzeitig mit blockweise von einem Programm, beispielsweise nach einem Lochband vorbestimmter Vorschubgeschwindigkeit relativ zum Werkstück oder umgekehrt bewegt. Dabei ist unter einem Programmblock einer der aufeinanderfolgend mit einem Werkzeug oder programmgemäß gewechselten Werkzeugen auszuführenden Arbeitsgänge zu verstehen.

Wie in der spanabhebenden Bearbeitungstechnik allgemein bekannt ist, wird die Schnitt- und die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend den Bearbeitungsbedingungen programmiert, etwa nach der Größe des Schneidwerkzeuges, der Art des zu bearbeitenden Werkstoffs und nach dem pro Zeiteinheit zu entfernenden Werkstoff. Unabhängig von diesen vorbestimmten Parametern sind jeweils Überlastungssicherungen üblich, die beim Auftreten einer

ίο bestimmten Überlastung der Arbeitsspindel den Vorschub anhalten, wodurch erreicht wird, daß das Schneidwerkzeug von dem Werkstück freikommt. Danach muß die Vorschubgeschwindigkeit und eventuell auch die Schnittgeschwindigkeit von Hand neu eingestellt werden, um den Bearbeitungsgang weiterzuführen.

Obwohl derartige Überlastsicherungen für konventionelle Werkzeugmaschinen mit einzelnen getrennten Bearbeitungsschritten allgemein üblich und zufriedenstellend sind, sind derartige Notabschaltungen bei programmgesteuerten Werkzeugmaschinen nicht angemessen zufriedenstellend, weil es bei diesen in aller Regel darauf ankommt, eine hohe Produktivität zu erreichen. Ein Auftreten einer harten Stelle im { Werkstück und ein dabei auftretendes zufälliges kurzzeitiges Überschreiten der voreingestellten Höchstlast führt zu einem sofortigen Abschalten der Maschine, was bei häufigem Auftreten den Produktionsablauf unangemessen stark beeinträchtigen kann.

Auf Grund dieser Erkenntnis hat man Werkzeugmaschinen entwickelt, bei denen entweder die Schnittgeschwindigkeit oder die Vorschubgeschwindigkeit oder auch beide in Abhängigkeit von den auftretenden Belastungen geregelt werden, so daß stets eine optimale Ausnutzung der jeweiligen Werkzeugmaschine möglich wird. So ist es aus der US-PS 2707374 bekannt, eine Belastungsmeßvorrichtung in dem Antrieb für den Vorschub vorzusehen und diesen entsprechend den auftretenden Belastungen zu regeln. Aus der US-PS 1996466 ist ebenfalls eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der die Schnittparameter ständig an die auftretenden Belastungsverhältnisse angepaßt werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche ständige Anpassung der Schnitt- und/oder Vorschubgeschwin- 1 / digkeit an die jeweils herrschenden Schnittbedingungen zur Erzielung einer optimalen Ausnutzung der Werkzeugmaschine im Verhältnis zu dem dafür erforderlichen Regelaufwand eine nur verhältnismäßig ge-

ringe Mehrleistung erbringt. Es kommt hinzu, daß eine ständige Änderung der Vorschub- und der Schnittgeschwindigkeit zu einer unerwünscht unregelmäßigen Oberfläche des bearbeitenden Werk-

. - Stücks führen kann.

Aus der die Gattung bestimmenden DE-PS 1 114 239 ist als Schutz gegen Überlast eine elektrische Steuerung für Werkzeugmaschinen bekannt, bei der der vom Werkzeugantriebsmotor aufgenommene Strom als Meßgröße für das Herabsetzen der

Vorschubgeschwindigkeit dient. Dieses Steuerungsprinzip ist nach der DE-PS 1 114 239 beispielsweise beim Übergang von einem Leervorschub auf den Arbeitsvorschub ausgenützt.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Auf's gäbe, die Auslastungssteuerung einer nach Programm arbeitenden Werkzeugmaschine so einfach wie möglich zu gestalten, ohne daß eine unmittelbare Abschaltung der Werkzeugmaschine bei kurzzeitigem Errei-

chen einer Überlast erfolgt. Mit anderen Worten wird ein Kompromiß angestrebt zwischen einer bedienungsaufwendigen Uberlastabschaltsteuerung und einer absolut optimalen, dafür aber regelungstechnisch aufwendigen Auslastung der Werkzeugmaschine durch ständige Anpassung der Maschineneinstellungen an die jeweils herrschenden Schnittbedingungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Durch die Lösung wird der angestrebte Kornpromiß erreicht, denn es ist keine ständige Regelung der Schnittgeschwindigkeit erforderlich, während andererseits ein kurzfristiges Überschreiten der eingestellten Höchstbelastung nicht unmittelbar zum Abbruch des gesamten Arbeitsablaufs führt. Darüber hinaus ist gewährleistet, daß am Werkstück eine gleichförmige Oberfläche erzeugt wird, weil während eines Arbeitsganges höchstens einmal eine steuerungsbedingte Änderung der Schnittparameter auftritt. Auch ist durch an sich bekannte Notabschaitung sichergestellt, daß eine Beschädigung der Werkzeugmaschine auf jeden Fall vermieden wird, falls während des Arbeitsganges noch eine weitere Überlast auftreten sollte.

Eine zweckmäßige Ausbildung bei bekanntem An- *5 trieb der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine durch einen hydraulischen Motor ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2, der ein echter Unteranspruch ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nächstehend an Hand schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer. Werkzeugmaschine mit einem Bausteindiagramm des dazugehörigen numerischen Steuerungssystems,

Fig. 2 eine Darstellung des hydraulischen Steuersystems für den Antrieb der Werkzeugspindel und der Vorschubmechanismen mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Druckschaltern für die Vorschubgeschwindigkeitsänderungssteuerung,

Fig. 3 ein Bausteindiagramm des numerischen Steuersystems zum Durchführen eines programmierten Arbeitsganges der verschiedenen beweglichen Teile der Maschine, wie in Fig. 1 dargestellt, einschließlich der der Vorschubgeschwindigkeitsänderung dienenden Teile,

Fig. 4 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Teiles des Steuerstromkreises zur Durchführung der Geschwindigkeitssteuerung der Vorschubbewegungen mit der Vorschubgeschwindigkeitsänderungssteuerung zum Durchführen einer vorher von Hand erfolgten Anteileinstellung für die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückträgertisches.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung gezeigt. Wie dargestellt, weist ein Maschinenständer 12 auf seiner oberen Oberfläche nicht gezeigte waagerechte Führungen auf, die einen Schlitten 13 zur waagerechten Längsbewegung entlang einer Af-Achse tragen können.

Es kann ein quer beweglicher Werkstückträgertisch 14 mit einem schaltbaren Werkstückträgertisch 17 versehen werden, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, um ein Werkstück vor einem Bearbeitungsgang schaltbar in Stellung zu bringen. Hinter dem Schlitten 13 und dem Werkstückträgertisch 14 ist ein Ständerpaar 20, 21 vorgesehen. Das Ständerpaar 20, 21 ist mit senkrecht angeordneten Führungsbahnen versehen, die parallel in einem Abstand zueinander liegen und die gleitend einen Spindelträgerkopf 24 zur senkrechten Bewegung entlang einer Y-Achse tragen können.

Ein mechanisch angetriebener Hebemechanismus ist angeordnet, um eine senkrechte Bewegung des Spindelkopfes 24 zu erhalten.

Ein Werkzeugwechselgehäuse 34 ist an den oberen Enden der Ständer 20 und 21 befestigt und ist mit einer winklig geneigten (nicht gezeigten) oberen Fläche versehen, die drehbar ein schaltbares Werkzeugmagazin 37 tragen kann. Das Werkzeugmagazin 37 ist mit einer Vielzahl am Umfang im Abstand voneinander liegender Werkzeugaufnahmehülsen 41,42 und 43 versehen. Beim Beginn eines Bearbeitungsprogramms, bei dem ein Werkzeugwechsel erfolgen muß, ist das schaltbare Werkzeugmagazin 37 so eingestellt, daß eine der Hülsen sich in Werkzeugwechselstellung mit Abstand parallel über der Werkzeugaufnahmespindel 46 befindet, die drehbar im Spindelkopf 24 gelagert ist.

Zwischen de» Werkzeugaufnahmehülse 44 und der Werkzeugspindel 46 ist ein Werkzeugwechselarm 48 drehbar gelagert, um ein Wechseln der Werkzeuge zwischen einem von der Hülse 44 getragenen Werkzeug und einem von der Werkzeugspindel 46 getragenen Werkzeug vorzunehmen. Als Voraussetzung für das Durchführen eines Werkzeugwechsels wird der Spindelkopf 24 bis zum oberen Ende der senkrechten Bewegung bewegt, um die Werkzeugspindel 46 für den Werkzeugwechsel in Stellung zu bringen.

Bei einer Drehung des Werkzeugwechselarmes 48 um 90° im Uhrzeigersinn werden die Werkzeuggreifer 49 und 50 an den entgegengesetzten Enden mit einem Werkzeug, das von der Hülse 44 getragen wird, und mit einem Werkzeug in Eingriff gebracht, das lösbar von der Werkzeugspindel 46 gehalten wird. Nachdem der Werkzeugwechselarm 48 gedreht wurde, um die Werkzeuge zu greifen, wird er axial ausgezogen, um die Werkzeuge aus ihren entsprechenden Hülsen herauszuziehen. Danach wird der Arm 48 um 180° gedreht, um die Werkzeuge zu wechseln und sie in die Magazinhülse 44 und die Werkzeugspindel 46 einzusetzen. Danach wird der Werkzeugwechselarm 48 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° in seine Ruhestellung nach Fig. 1 gedreht.

Es ist klar, daß die Werkzeugspindel 46 für jedes der verschiedenen, von ihr getragenen Werkzeuge mit verschiedenen, vorher gewählten Geschwindigkeiten gedreht wird, d. h. wie im Programm vorgegeben. In gleicher Art und Weise werden der Unterschlitten 13, der Werkstückträgertisch 14 und der Spindelkopf 24 wahlweise mit verschiedenen vorgewählten Vorschubgeschwindigkeiten bewegt. Unabhängig von der vorgewählten Drehgeschwindigkeit der Werkzeugspindel 46 und der damit zusammenhängenden Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückträgertisches 14 ist vorgesehen, daß eine vorherbestimmte Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt wird, wenn eine momentane Überlastung am Antriebsmechanismus der Werkzeugspindel 46 auftritt. Die proportionale Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit wird vorzugsweise so vorgesehen, daß sie nur für einen bestimmten Block der Steuerungsdaten stattfindet. Bei Vollendung des Bearbeitungsganges, der von einem Block von Steuerungsdaten durchgeführt wird, wird der Vorschubgeschwindigkeitsmodulator zum Verringern

der Vorschubgeschwindigkeit sofort außer Betrieb gesetzt und gestattet dem nächsten Block der Steuerungsdaten eine Vorschubbewegung mit der vorgewählten Geschwindigkeit für den nächsten Programmschritt des Bearbeitungsprogramms durchzuführen. Es ist klar, daß eine derartige Einrichtung ganz besonders vorteilhaft bei einer Maschine ist, die eine Vielzahl verschiedener Arten von Werkzeugen während eines Bearbeitungsprogramms verwendet, oder bei einer Maschine, die in vorbestimmter Art und Weise ein vorher eingestelltes Bearbeitungsprogramm durchführt.

In Fig. 1 ist eine funktionell Anordnung der verschiedenen Steuerungen gezeigt, die notwendig sind, um die Hauptbewegungen und andere Funktionen durchzuführen, die zum Betätigen der Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechsel notwendig sind. Von dem Lochstreifenablesegerät 59 werden Steuerbefehle auf eine Leitung 61 gegeben, um die erforderlichen Befehle an einen Lochstreifeneingangsteil 62 weiterzugeben. Die aufeinanderfolgenden Steuerbefehle werden, wie sie vom Lochstreifeneingang 62 kommen, auf einer Leitung 64 zu einem Funktionsadressenregister 65 übertragen, das die Steuerbefehle zu den verschiedenen Steuerungen führt. Um dies zu erreichen, ist vor jedem Datenabschnitt für eine besondere Maschinenfunktion eine Buchstabenadresse vorgeschaltet, die eine geeignete Schaltfunktion in dem Adressenregister 65 einleitet, um diese Angaben der entsprechenden Steuerung zu übertragen. Es ist dem Adressenregister 65 eine Leitung 68 zugeordnet, um eine Steuerung 69 für verschiedene weitere Funktionen zu betätigen. Diese arbeitet, um den Beginn der verschiedenen Steuerfunktionen, wie etwa Spindelstopp und Anlauf, Kühlmittelfluß oder Kühlmittelabstellung, Drehen der Spindel im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn und Werkzeugwechsel zu steuern. Zur vereinfachten Darstellung ist in Fig. 1 die Steuerung 69 so geschaltet dargestellt, daß sie ein Steuersignal entlang einer Leitung 70 überträgt, die schematisch so dargestellt ist, daß sie zum Werkzeugwechselarm 48 gerichtet ist, um einen (nicht gezeigten) dazugehörigen Werkzeugwechselantriebsmechanismus zu steuern.

Zum Steuern der Geschwindigkeit der Spindeldrehung ist das Adressenregister 65 über eine Leitung 73 verbunden, um wahlweise eine Spindelgeschwindigkeitssteuerung 74 zu betätigen, die wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Geschwindigkeitssteuerungssignal entlang einer Leitung 76 zum Spindelkopf 24 überträgt, der die Geschwindigkeitswandlerübertragung zum Antreiben der Werkzeugspindel 46 enthält. In ähnlicher Weise ist das Adreßregister 65 über eine Leitung 78 verbunden, um eine y-Achsensteuerung 79 zu betätigen, um eine senkrechte Bewegung des Spindelkopfes 24 durchzuführen. Eine Leitung 82 ist so geschaltet, daß sie Steueranweisungen vom Adressenregister 65 zu einer Z-Achsensteuerung überträgt, die in Fig. 1 so gezeigt ist, daß sie Steuersignale entlang einer Leitung 85 überträgt, um eine Querverstellung des Werkstückträgertisches 14 entlang der Z-Achse durchzuführen. Von dem Adressenregister 65 ist eine weitere Leitung 87 so geschaltet, daß sie eine X-Achsensteuerung betätigt, die schematisch in Fig. 1 so dargestellt ist, daß sie über eine Leitung 89 geschaltet ist, um eine waagerechte Längsbewegung des Unterschlittens 13 entlang der X-Achse zu bewirken.

Wie nachstehend genauer erläutert wird, steuert jede der drei Achssteuerungen 79, 83 und 88 sowohl die Geschwindigkeit als auch das Ausmaß der dazugehörigen Verstellung.

Die Kraft für die Maschinenbewegungen wird von einem hydraulischen System abgeleitet, das schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Wie dort gezeigt ist, wird die hydraulische Flüssigkeit zum Antrieb der Werkzeugspindel 46 aus einem Sumpf 101 und einer hydraulischen Leitung 102 durch eine Druckpumpe 103 entnommen, die in bekannter Weise von einem Motor 104 angetrieben wird.

Wenn die hydraulische Pumpe 103 arbeitet, wird Druckmedium einer Leitung 107 und einer Zweiglei-

¹S tung 108 zugeführt, wobei diese letztere so verbunden ist, daß sie unter Druck stehendes Medium einem Richtungssteuerungsventil 110 zuführt, das schaltbar ist, um einen hydraulischen Motor 112 zu betätigen, der die Eingangstriebkraft zu einem Getriebe 113 mit verschiebbaren Zahnrädern leitet, um die Werkzeugspindel 46 mit der vorgewählten Geschwindigkeit zu drehen. Für den Fall eines Uberlastungszustandes an der Werkzeugspindel 46 ist die hydraulische Leitung 107 angeschlossen, um eine Betätigung eines zweistufigen Steuerdruckschalters 115 für den Vorschubgeschwindigkeitsmodulator zu bewirken, wobei dieser ein Paar verschieden voreingestellter Druckschalter 117 und 118 umfaßt. Um den richtigen Druck in der hydraulischen Zuleitung 107 aufrechtzuerhalten, ist diese mit einem Druckreglerventil 121 verbunden, das einen Überlauf hat, der mit einer Rückauslaßleitung 122 verbunden ist.

Zum Drehen der Werkzeugspindel 46 im Uhrzeigersinne wird ein Solenoid 125 unter Strom gesetzt, um eine nach rechts gerichtete Bewegung eines Ventilkolbens 126 in dem Ventil 110 zu bewirken. Darauf wird die Druckleitung 108 über eine öffnung in dem nach rechts bewegten Ventilkolben 126 mit einer Leitung 127 verbunden, um den hydraulischen Spindelantriebsmotor 112 zu drehen, um die Spindel im Uhrzeigersinne umlaufen zu lassen. Während dies geschieht, wird Auslaßflüssigkeit aus dem Antriebsmotor 112 über eine Leitung 128 zurückgeleitet. Um eine Drehung der Werkzeugspindel 46 entgegen dem Uhrzeigersinn zu bewirken, wird der Solenoid 125 stromlos gemacht und der entgegengesetzte Solenoid 131 wird unter Strom gesetzt, um eine Bewegung des Ventilkolbens 126 nach links zu bewirken. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die verstellbare Einstellung des Getriebes 113 durchgeführt durch eine vorgewählte Unterstromsetzung von vier zueinander gehörigen Solenoidsteuerungsventilen 133, 134, 135 und 136. Jedes der Ventile 133 bis 136 einschließlich wird durch einen dazugehörigen Solenoid 138 bis einschließlich 141 gesteuert. Jedes der Ventile 133 bis 136 bewirkt eine gewählte verschiebbare Bewegung dazugehöriger Getriebeschaltstangen 144 bis 147.

Die Kraft zum Antreiben des Getriebes 113 wird vom hydraulischen Motor 112 zu einer Welle übertragen, die ein Zahnrad 150 trägt, das mit einem Eingangszahnrad 151 des Getriebes 113 in Eingriff steht. Um eine ausgewählte Vorschubbewegung des Schlittens 13, des Werkstückträgertisches 14 und des Spindelkopfes 24 zu bewirken, sind drei dazugehörige Servosteuerungsventile 218,219 und 220 vorgesehen. Wie schematisch in F i g. 2 dargestellt, ist der Schlitten 13 mit einer Mutter 222 versehen, die mit Gewinde an einer Spindel 223 angreift, die an einem

Ende mit einem dazugehörigen Stellungsanzeiger 224 verbunden ist.

nine dazugehörige Antriebswelle 226 zum Drehen der Spindel 223 ist normalerweise gegen Drehung durch eine dynamisch angelegte Bremse 228 gehalten und wird von einem dazugehörigen Servoantriebsmotor 230 mit Hilfe einer wahlweise cinlegbaren Kupplung 231 getrennt. Das Greifen der Bremse 228 und das Lösen der Kupplung 231, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, wird durch ein dazugehöriges Ventil 233 bewirkt, dessen Solenoid 234 stromlos gemacht wird.

Gleichzeitig mit der Betätigung des Scrvoventils 218 zum Betätigen des Servomotors 230 wird der Solenoid 234 unter Strom gesetzt, um eine Bewegung nach rechts des Steuerkolbens des Ventils 233 zu bewirken. Beim Unterstromsetzen des Solenoids 234 wird die Bremse 228 sofort gelöst, daß die Leitung

236 jetzt über eine Öffnung in der nach rechts gedrückten Spule des Ventils 233 mit der Auslaßleitung

237 verbunden ist. In gleicher Weise ist die Druckleitung 235 durch eine Öffnung in dem nach rechts gedrückten Vcntilkolben mit der Leitung 238 verbunden, um ein Eingreifen der A'-Achsen-Antriebskupplung 231 zu bewirken. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird der Servomotor 230 sofort über die jetzt eingekuppelte Kupplung 231 mit der Welle 226 verbunden, die die Drehung der Spindel 223 und des Anzeigers 224 bewirkt, woraus sich die entsprechende Längsbewegung der Mutter 222 und des Unterschlittens 13 entlang der A'-Aclise ergibt.

Um den Servomotor 230 dynamisch zu betätigen, ist eine Servowicklung 255 wahlweise unter Strom set/bar, um die Bewegung des Servoventilkolbcns in der entsprechenden Richtung zu bewirken, um die erforderliche Drehung des Servomotors zu erreichen. Wenn die Servowicklung 255 betätigt wird, um den dazugehörigen Ventilkolben nach rechts zu bewegen, wird das Druckmedium von der Zweigleitung 249 durch die Öffnung in der nach rechts bewegten Ventilspule zu einer Leitung 256 übertragen, die so verbunden ist, daß sie den Servomotor 230 dreht, um den Schlitten 13 in einer Richtung nach rechts entlang der Λ'-Achse zu bewegen. Gleichzeitig wird der Rücklauf des Mediums vom Servomotor 230 entlang der Rücklaufleitung 258 über eine Dosieröffnung in dem nach rechts verschobenen Ventilkolbcn zur Zweigauslaßleitung 251 übertragen. Umgekehrt wirkt das Unterstromsetzen der Servowicklung 255, um eine Linksbewegung des dazugehörigen Ventilkolbens zu erreichen so, daß die Druckleitung 249 mit tier Zuleitung 257 verbunden wird, um den Servomotor 230 zu drehen, um eine Linksbewegiing des Unterschlittens 13 zu bewirken.

Das Servoventil 218 steuert tue Richtung und die (ieschwiiidigkeit der Bewegung des Servomotors 230 und (lienl auch dazu, ilen Servomotor 230 in seiner gewählten Stellung zu hallen.

Um die Oiierbcwegung des Tisches 14 entlang der Z-/\chse zu bewirken, greift eine Tischniuller 256 in eine Oueispindcl 257 ein. die so gelagert ist. daß sie sieh in dem Schlitten 13 dicht. Die Diellung der Ouerspindcl 257 bewirkt eine Bewegung dos YVVi IsSlück Ii ;i;:ci tisclies 14 entlang der /-Achse in ausgewählter Richtung und eine Diclibcwegimg dci Slellimgsan A'i.'r 245.

/.um Dielten dci < .hin spindel 257 lsi cine An-Hu li'.wi'llc 25*' \ ι ί gesehen, die ihm m;iln weise !'eilen Drehung mit Hilfe einer dynamisch angreifenden Bremse 260 gehalten wird, die schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Immer wenn die Bremse 260 zum Eingriff kommt, wird eine dazugehörige Kupplung 261 gelöst, um den Servoantriebsmotor 262 von der Welle 259 während der Zeit zu lösen, in der sie mechanisch gegen Drehung gebremst ist. Um den Zustand aufrechtzuerhalten, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Solenoid 264 eines Ventils 265 stromlos gemacht und gestattet durch Federwirkung eine Linksbewegung des dazugehörigen Ventilkolbens. Immer wenn die Kupplung 261, wie beschrieben, eingekuppelt ist, wird der Servomotor 262 beaufschlagt um die Antriebswelle 259 zu drehen, um die gewählte öuerbewegung des

!5 Werkstückträgertisches 14 entlang der Z-Achse zu bewirken. Der Servomotor 262 wird bei wahlweisem Unterstromsetzen einer Servowicklung 273 betätigt, die die erforderliche Bewegung eines dazugehörigen Ventilkolbens des Servoventils 219 bewirkt, wodurch eine Druckzuleitung 274 und die Auslaßleitung 275 mit den Zuleitungen 276 und 277 für den Servomotor 266 verbunden werden. Die Rückflüssigkeit vom Motor 262 wird über die Leitung 277 abgelassen und von dort durch die Öffnung der nach rechts bewegten Ventilspule zur Auslaßleitung 275.

Eine Drehbewegung der Spindel 281 bewirkt eine senkrechte Bewegung der Verschiebemutter 280 und der daran befestigten Hebestangen 30 und 31 sowie eine entsprechende senkrechte Bewegung des Spindelkopfes 24. Zum Drehen der Spindel 281 greift ein Kegelrad 293, das daran befestigt ist, in ein dazu passendes Kegelrad 294 ein, das von einer drehbaren Welle 295 angetrieben wird, die über eine Kupplung 296 mit einem wahlweise unter Strom setzbaren Servoantriebsmotor verbunden ist. Die Kupplung 296 wird immer dann ausgekuppelt, wenn eine hydraulische Leitung 302 mit dem Auslaß über eine Öffnung in einem nach links gedrückten Ventil kolben 303 des Ventils 304 verbunden ist, das so angeordnet ist, daß es den Auslaßkreislauf mit der Hauptauslaßleitung 215 verbindet. Das Unterstromsetzen der Wicklung

309 betätigt das Servoventil 220 zum Bewirken einer Verbindung der hydraulischen Hochdruckleitung 248 und der Hauptauslaßleitung 122 mit einem Paar Zufuhrleitungen 311 und 317, die sich zum Servoantriebsmotor 298 erstrecken. Das Unterstromsetzen der Wicklung 309, um den Ventilkolben 310 in einer Richtung nach rechts zu bewegen, bewirkt eine direkte Verbindung der Druckzufuhrleitung 248 über eine Öffnung in dem nach rechts bewegten Ventilkolben

310 mit der Leitung 311 zum Betätigen des Servomotors 298, um eine Aufwärtsbewegung des Spindelkopfes zu bewirken.

Obwohl die Stellungsanzeiger 224, 245, 312, die schematisch in Fig. 2 dargestellt sind, das Ausmaß der Bewegung entlang den X-, Y- und Z-Achseu anzeigen, ist es klar, daß andere Formen von Stellungsanzeigern genauso gut verwendet werden können.

In Fig. 3 ist ein Bausteindiagramm, das die Übertragung der Lochstreilensteuerungsdaten zu ilen verschiedenen Funktionssteuerungen darstellt, die die Impulssignale zum Durchführen der geschwinilii¹.-keilsgesteuerten Stelhmgsbewegung der drei hauptsächlichen beweglichen Teile entlang den λ'-. V- und /-Achsen bilden.

l's ist ein Taktimpiilsns/illalor \orgesehen. um ein ,■\us!!aii;.^>.sbe-/ugs'-i!'iial /u schallen, daß einen l.onli η; 1 ie 1 liehen /ug mim Impulsen von -¹^O Kilohci I/ hai

Dieses Signal vom Oszillator 314 wird über Leiter 316 und 317 zu einem Bezugszähler 319 bzw. einem Steuerphasenzähler 320 übertragen. Der Ausgang entlang dem Leiter 322 ist eine symmetrische Viereckwelle zwischen 0 und 6 Volt, die einem Phasendiskriminator zugeführt wird und einem Digital-Analogwandler 325. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Steuerphasenzähler 320 und der Phasendiskriminator 325 als innerhalb einer gestrichelten Umrahmung 88 liegend dargestellt sind, was eine schematische Darstellung der X-Achsensteuerung darstellt. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist darauf hinzuweisen, daß der Oszillator 314 und der Bezugszähler 319 über andere, nicht gezeigte Leiter verbunden sind, die sich zu analogen Teilen der Y-Achsensteuerung 79 und der Z-Achsensteuerung 83 erstrecken. Da die X- Achsensteuerung 88 im wesentlichen identisch mit der y-Achsensteuerung 79 und der Z-Achsensteuerung 83 ist, wird es nicht als notwendig erachtet, das ins einzelne gehende Diagramm für die letzteren beiden Steuerungen zu wiederholen.

Wie hierin unter Hinweis auf Fig. 1 erläutert, werden in der Folge dargestellte Steuerdaten vom Lochstreif eneingarig 62 entlang der Leitung 64 zu einem Funktionsadressenregister 65 übertragen zur Weitergabe an die A^-Achsensteuerung 88, die Y-Achsensteuerung 79, die Z-Achsensteuerung 83, die Spindelgeschwindigkeitssteuerung 74 und die Steuerung 69 für »verschiedene weitere Funktionen«. Die Steuerungsinformation zum Bewirken der AT-Achsenbewegung wird vom Funktionsadreßregister über eine Eingangsleitung 87 übertragen, die die Leiter 87 V und den Leiter 87 P aufweist. Zum Steuern des Ausmaßes der X-Achsenstellungsbewegung ist der Leiter 87 P verbunden, um ein .ΧΓ-Stellungseingangsregister 328 zu betätigen, das entlang einer Leitung 329 verbunden ist, um die erforderliche Stellungssteuerungsangaben einem Steuerungsregister 330 zuzuleiten. Das Steuerungsregister 330 ist seinerseits über einen Leiter 332 mit einem Vergleicher 333 verbunden, der ebenso verbunden ist, um eine Eingangsinformation von einem Stellungsanzeigerregister 335 über einen Leiter 336 zu empfangen.

Immer wenn ein Unterschied zwischen dem Stellungsregister 335 und dem Steuerungsregister 330 vorhanden ist, wird ein Signal vom Vergleicher 333 entlang dem Leiter 338 gesendet, um das Zählsteuergitter 339 zu betätigen, um ein Ausgangssignal entlang einem Leiter 341 zu senden, um den Steuerphasenzähler 320 zu betätigen, um eine Anzahl von Ausgangsimpulsen zu schaffen, um das Ausmaß der X-Achsenbewegung zu steuern. Steuerimpulse vom Zähler 320 werden dann über einen Leiter 342 zu einer Auflösungszuleitung 343 gesendet und von dort über eine Leitung 345 zum Stellungsanzeiger 224. Von dort aus wird entweder ein vorauseilendes oder ein nacheilendes Signal über einen Leiter 346 zu einem Wellenformer 347 übertragen, der über einen Leiter 348 verbunden ist, um ein entsprechendes voreilendes oder nacheilendes Signal zum Phasendiskriminator 325 zu leiten. Das Impulskontrollsignal wird vom Phasendiskriminator 325 über einen Leiter 350 zu einem Verstärker 35 L gesandt, der über den Leiter 352 verbunden ist, um das Servoventil 218 zu betätigen, um die erforderliche Richtungssteuerung des Motors 230 zu bewirken. Während der Schlitten entlang der .Y-Achse im Ansprechen auf die Arbeit des Motors 230 bewegt wird, werden Steuerimpulse von dem Zählsteuergatter über einen Leiter 356 übertragen, um das Stellungsregister 335 zu betätigen, wodurch der tatsächliche Unterschied zwischen dem Stellungsregister und der gewünschten Stellung verringen wird, die dem Steuerregister von dem Steuerungslochstreifen geliefert wird.

Die Geschwindigkeitseingangssteuerung 358 arbeitet, um die Geschwindigkeit der Z-Achsenbewegung zu steuern. Von der Geschwindigkeitseingangssteuerung 358 wird ein Steuerungssignal entlang dem Leiter 360 einem Zwischenspeicherregister 361 für die JY-Achsenvorschubgeschwindigkeit übertragen. Beim Beginn jeder beliebigen AT-Achsenvorschubbewegung zum Durchführen eines Bearbeitungsganges

^X5 ist kein Signal von dem Steuerdruckschalter 115 für den Vorschubgeschwindigkeitsmodulator vorhanden. Es wird demgemäß kein Signal von dem Steuerdruckschalter 115 entlang dem Leiter 363 zu dem tatsächlichen Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 geleitet. Daher" wird das Vorschubgeschwindigkeitssignal, das dem Zwischenspeicher 361 zugeführt wurde, über den Leiter 362 übertragen und über den Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 ohne Veränderung der Geschwindigkeit zu einem Leiter 366 gegeben, der mit dem von Hand betätigbaren Vorschubgeschwindigkeitsänderungssteuerteil 367 verbunden ist. Dieser Steuerteil 367 ist wahlweise von Hand einstellbar, um eine vorbestimmte, verringerte Geschwindigkeit der Steuerbewegung zu dem Zählsteuergatter 339 zu geben. Normalerweise ist dieser Steuerteil 367 auf 100 % eingestellt, d. h. die Steuerung überträgt das Vorschubgeschwindigkeitssteuersignal vom Leiter 366 zu einem Ausgangsleiter 369, der das Vorschubgeschwindigkeitseingangssignal zum Zählsteuergatter 339 leitet. Das Geschwindigkeitssignal entlang der Leitung 369 betätigt das Zählsteuergatter, um die Frequenz der Richtungssteuerimpulse zu steuern, um so die Vorschubgeschwindigkeit entlang der X-Bewegungsachse zu steuern. So arbeitet das Zählsteuergatter im Ansprechen auf zwei getrennte zusammenwirkende Eingangssignale. Die Anzahl der Impulse zum Steuern des Gesamtausmaßes der Verschiebung entlang der X-Achse wird durch den Eingangsleiter 338 zur Verfügung gestellt, und die Frequenz der Impulse wird durch das Geschwindigkeitssteuersignal entlang dem Leiter 369 bestimmt.

Während des Arbeitens der Maschine kann die Geschwindigkeit der X-Achsenbewegung durch Handbetätigung des Steuerteiles 367 verändert werden. Im Falle einer momentan auftretenden vorbestimmten Überlast des Spindelantriebs wird durch den Steuerdruckschalter 115 der Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 betätigt, um eine vorher bestimmte Verringerung in dem Vorschubgeschwindigkeitssignal zu

bewirken, das von dem Zwischenspeicherregister 361 übertragen wird. Die Vorschubgeschwindigkeitsverringerung geht auf beispielsweise 80% der programmierten Vorschubgeschwindigkeit, unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit während der übrigen

Bearbeitungsgänge. Der Steuerdruckschalter 115 ist ein Zweistufenschalter, dessen erste Stufe die automatische 80%-Verringerung in der gesteuerten Vorschubgeschwiiuligkeit für den Rest eines einzelnen Bearbeitungsblockes bewirkt. Eine übermäßige Last

auf ilen Spindelantrieb erzeugt ein zusätzliches Signal vom Steuer-Diuckschalter 115, der dann anspricht, um ein Signal entlang der Leitung 363 ^u senden, inn so den Vorsciiub^esdiwiiuligkeitsnioduhilor 364 /u

Il

betätigen, daß er die vorhandene Vorschubbewegung entlang der .Y-Achse vollständig stoppt. Eine Neueinstellung der A'-Achsenvorschubbewegung kann dann durch Handbetätigung des Steuerteils 367 erfolgen, um so die Λ'-Achsen-Vorschubgeschwindigkeit weiter zu verringern, daß der begonnene Bearbeitungsblock der Maschinenarbeit wieder aufgenommen und vollendet werden kann.

Wie vorstehend unter Hinweis auf Fig. 2 erläutert, umfaßt der Steuer-Druckschalter 115 die beiden Druckschalter 117 und 118, die in der Druckleitung 107 verbunden sind, die verbunden werden kann, um den Spindelmotor 112 anzutreiben, um die Drehung der Werkzeugspindel 46 mit der vorher bestimmten durch Streifen gesteuerten Geschwindigkeit zu bewirken. Während eines Bearbeitungsganges, bei dem eine A'-Achsenbewegung vorhanden ist, wird die Werkzeugspindel 46 mit einer vorher bestimmten Geschwindigkeit betätigt, um ein von ihr getragenes Werkzeug in Schneideeingriff mit einem Werkstück zu drehen, das sich auf dem Werkstückträgertisch 14 befindet und in Bearbeitungseingriff gebracht wird, indem der X-Achsenservoantriebsmotor 230 betätigt wird, wie vorstehend beschrieben.

Bei Vollendung der erforderlichen Maschinenbewegungen im Ansprechen auf einen Block von Steuerungsdaten von dem Lochstreifen werden entsprechende Funktionssignale gesendet, um einen Lochstreifenvorschub zu betätigen oder eine Funktionssteuerung 371, wie in Fig. 3 gezeigt. Bei Betätigung der Funktionssteuerung 371 wird ein Signal davon entlang dem Leiter 372 übertragen, um einen sukzessiven Vorschub des Lochstreifens zu bewirken, um die verschiedenen Steuerbefehle zu erfassen, die entlang der Leitung 64 zu dem Funktionsadressenverteiler 65 übertragen werden, wie vorstehend erläutert.

Das Außerbetriebsetzen des Steuerdruckschalters 115 am Ende eines Befehlsblockes setzt auch den Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 in einer Weise außer Betrieb, um dem Zählsteuergatter 339 zu gestatten, die A'-Achsenvorschubbewegung mit einer solchen Geschwindigkeit zu steuern, die vom Lochstreifen gefordert wird.

Wie schematisch in Fig. 4 gezeigt, umfaßt der von Hand betätigbare Steuerteil 367 vier senkrecht angeordnete Serien von Schalterkontakten 380, 381, 382 und 383. Jede der senkrechten Serien von Schalterkontakten 380 bis einschließlich 383 umfaßt 11 verschiedene Kontaktklemmen, von denen gewisse über dazugehörige Leiter mit den Leitern 385, 386, 387 und 388 verbunden sind. Jede der senkrechten Serien der Kontakte 380 bis einschließlich 383 sind so beschaffen, daß sie von dazugehörigen Kontakten angegriffen werden können, die von gleichzeitig verstellbaren Schaltarmen 390, 391, 392 und 393 getragenwerden. Die verstellbaren Schaltarme 390 bis 393 sind alle in einer solchen Weise eingestellt, daß die Schalterkontakte, die von ihnen getragen werden, am obersten oder elften Kontakt in jeder der senkrechten Serien 381 bis 383 angreifen. Wie in der Spalte links von der senkrechten Schalterserie 380 angezeigt, schafft der oberste Kontakt in jeder der vier senkrechten Schaltserien ein 100%-Vorschubgeschwindig-

keitsniveau.

Es sei nun angenommen, daß die Maschine arbeitet, um einen bestimmten Block des Programms durchzuführen, wobei der Steuerteil 367 auf das 100%-Niveau voreingestellt ist und das Geschwindigkeitssignal folglich über den Ausgangsleiter 341 eine Vorschubgeschwindigkeit auf dem vom Band gesteuerten Niveau schafft. Es sei weiter angenommen, daß die Belastung auf dem Spindelantriebsmotor 112, Fig. 2, über ein vorher bestimmtes Niveau hinausgeht

infolge des Auftretens einer Überlastung auf der Werkzeugspindel 46, wodurch die Betätigung des Druckschalters 117 des Steuerdruckschalters 115 bewirkt wird. Die Betätigung des Druckschalters 117 bewirkt das Schließen einer dazugehörigen Kontaktstange 399, wodurch ein Stromkreis von einem Eingangssteuerungsleiter 401 zu einem Leiter 402 geschlossen wird, der mit einem Leiter 403 verbunden ist, wodurch die Betätigung des Vorschubgeschwindigkeitsmodulators 364 bewirkt wird, um die durch das Programm gegebene Vorschubgeschwindigkeit um einen vorher bestimmten Geschwindigkeitsanteil zu verringern, um den Bearbeitungsvorgang so weiterzuführen. Dazu wird beispielsweise die Geschwindigkeit des Vorschubs auf ungefähr 80% der vom Lochstreifen gesteuerten Geschwindigkeit verringert. Selbst wenn die sich ergebende Überlast auf der Werkzeugspindel 46 verschwindet, während die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückträgers erniedrigt ist, arbeitet der Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 weiter, bis dieser Bearbeitungsblock vollendet ist. Er wird nicht neu eingestellt, bis das nächste Ende des Blockes an dem Steuerlochstreifen erreicht ist. Um den Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364 in betätigtem Zustand während der Vollendung des gegebenen Blockes der Maschinenbewegung zu halten, ist der druckbetätigte Schalter 117 ein Einklinkschalter, der bei einem Signal »Ende des Blocks«, das vom Lochstreifen kommt, ausgeklinkt wird.

Wie vorstehend erläutert, bewirkt das Signal für »Ende des Blocks«, daß der Vorschubgeschwindigkeitsmodulator 364, der in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, außer Betrieb gesetzt wird. Nach dem Signal »Ende des Blocks« sind die beiden getrennten Druckschalter 117 und 118, die den Steuerdruckschalter 115 in Fig. 2 und 3 darstellen, zur Wiederbetätigung bereit, beim Auftreten einer weiteren momentanen oder andauernden Überlast anzusprechen. Der Druckschalter 118 ist so geschaltet, daß er ein vollständiges Außerbetriebsetzen jedes beliebigen Servosteuerventils durchführt, das eine Vorschubbewegung ausführt, oder kann so geschaltet sein, daß eine Nullwert-Veränderung des Zählsteuergatters 339 bewirkt wird, wie in schematischer Form in Fig. 4 dargestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung an einer beispielsweise mit Werkzeugwechsel arbeitenden, programm-, z. B. Lochband-gesteuerten Werkzeugmaschine zum Herabsetzen der Vorschubgeschwindigkeit zwischen dem Werkstücktisch und dem auf einer Arbeitsspindel sitzenden Schneidwerkzeug bei Überschreiten eines vorgegebenen Belastungshöchstwertes bei einem von dem augenblicklich laufenden Programmblock eingesteuerten Vorschubgeschwindigkeitswert, mit einer Lastmeßeinrichtung im Antrieb der Arbeitsspindel, von der bei Feststellung eines Überlast-Drehmoments über eine Steuerungseinrichtung die Herabsetzung der Vorschubgeschwindigkeit unter den Programmwert auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Herabsetzung der Vorschubgeschwindigkeit auf einen von Hand wähl- und voreinstellbaren Anteil des im augenblicklich laufenden Programmblock programmierten Vorschubgeschwindigkeitswertes erfolgt, wobei durch die Steuerungseinrichtung einerseits bei erstmalig im augenblicklich laufenden Programmblock auftretender Überlast die Herabschaltung der Vorschubgeschwindigkeit auf diesen Anteil auslösbar und die anteilige Vorschubgeschwindigkeitsverkleinerung während des laufenden Programmblocks und nicht über diesen hinaus beibehaltbar ist, und andererseits der Vorschub bei innerhalb des augenblicklich laufenden Programmblocks auftretender höherer Überlast nach Art einer bekannten Notabschaltung stillsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Arbeitsspindel durch einen hydraulischen Motor antreibbar ist, gekennzeichnet durch ein Paar Druckschalter (117, 118) zum Herabsetzen der Vorschubgeschwindigkeit bzw. zum Stillsetzen des Vorschubs in dem den Motor (112) antreibenden hydraulischen Kreislauf, wobei der erste Druckschalter (117) durch den infolge Überlast an der Arbeitsspindel eintretenden Druckanstieg in dem hydraulischen Kreislauf betätigbar ist und daß der zweite Druckschalter (118) im Zuge der Stillsetzung auf einen höheren, infolge einer größeren Überlast an der Spindel eintretenden Druckanstieg in dem hydraulischen Kreislauf anspricht.