DE1752252A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung unerwuenschter Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstueck bei einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung oetrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung z\,.;.. Verhiiidern unerwünschter Relativcewegungen zwischen ¥arkzeug' u„i ^r.."«rk&-.;ück bei einer Werkzeugnabchine, insbesondere vor. Viora^ions-Oe\/ejungo.i zwischen Werkzeug und Werkstück.

Dia Verrringerung von Vibrationen ist, unabhängig von ihren jeweiliger. Ursprung, bei Werkzeugmaschinen schon seit vielen Jahren ein wohlbekanntes Konstruktionsprinzip. Es ist eine grundlegende •latsäohe, daß die Charakteristik eines jeden Zerspanungsvorganges von der Arτ der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück abhängt. Anders, ausgedrückt, die Wechselwirkung zwischen Werkstück und Zerspanungswerkzeug an dessen Schneide bestimmt die Qualität der Materialzerspanung. Ebenso ist es eine bekannte Tatsache, daß, \.l;s.\ zwischen dein Zerspanungswerkzeug und dem Werkstück eine Vibrations-

109835/0442

-2-

8AD ORIGINAL

gung sauf tritt, die bearbeitete Oberfläche veraerben wird, die Genauigkeit der Abmessungen nachläßt, die Zerspanungsgeschwindigkeit geringer v/ira, und aas· Werkzeug schneller stumpf wird.

v/erkzeugrr-aschinenhersteller machen die größten Anstrengungen und v/enden gewaltige Summen auf, um die Vibrationen auf ein Minimum zu beschränken. Zur Lösung dieser Aufgabe wurden bislang zwei verschiede:

/ darauf beruht, das Prinzipien verwandt,von denen das erste ' Sehneidv/erkzeug von Vibrationer- zu isolieren. Zu diesem Zwecke -werden an verschiedenen Stellen der Werkzeugmaschine sehr komplizierte und ausgeklügelte •Vibrationoäc.rroiTer eingebaut. Beispielsweise wird bei einer derartigen li^ung vorgeschlagen, das Werkzeug in einen Werkzeughalter einzuspannen, der mit dem Rahmen der Werkzeugmaschine über eine elastische Feder-Vorrichtung verbunden ist. 3in anderer bekannt gewordener Vorschlag geht dahin, die Befestigung des Werkstückes oder auch den Maschinenrahmen selbst nachgiebig auszuführen.

Der ITachteil derartiger , auf Isolierung der Vibrationen beruhender Vorschläge besteht darin, daß sie bestenfalls einen Kompromiß darstellen zwischen der Forderung nach· steifer Federung, um ein Ausweichen des Werkzeuges so gering wie möglich zu halten und so die Genauigkeit der Werkstückabmessungen aufrechtzuerhalten, und auf der anderen Seite die Notwendigkeit einer weichen Federung, um die Vibrationen stärker zu absorbieren und so den Zerspanungsvorgang zu verbessern. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, kann festgestellt werde daß dieser Weg zur Lösung des Problems nicht viel Erfolg gehabt hat · und infolge seiner Unzulänglichkeit keine weitverbreitete Anwendung finden konnte.

-3-

109835/OA42

BAO ORIGINAL

^er zv/eite grundsätzliche '..es, der bisher zur lösung . .^ Vibr i-ionsproblerns beschriften vrurde, kann am treffendsten ....: ''1JcC .ill": der rohen Gev;"lt" bezeichnet v/erden, dann er ". >. ^tch'j Ir. der V^rvendun/; ::..issiVwr üaueler.en'je zur Unterstützung dee Zc.r:,;":i .^.".-... .I:3v3^jc3 in einer solchen '..'eise, da.; ein ITach— j~~. en de-e V'ovkzeuges unter der Wirkung von vibrexiensfordernden IZv':'f"cen in zulässigen Grenzen geheimen wird. «Jeder, dar eine _" vduk-jicne-.rerkzeugniasehine , v/ie z.2. eine 5reh::.a&ohine oder cine I/".; "''^r. ns eh ine gesehen ha"c, vei-3, da.2 das Srgehnio dieser —öiunj Cw jr rchen Gev.^ralt ^u I-Iasc .inenkörpern, Säulen und Be^rjen

anz a

g allgemein als ein nctv/endiges Konstruh^icnshilfscl eingebürgert, ur: die ITachgiebigkeit der ".."erl:se:.ge und

ι:, annehr/oaren Grenzen zu halten. Tatsächlich ist dieses Prinzip so sehr hllgeneingut geworden, dai es heute in "..'erkzeugniaschinenbau ali ^uoondi"cio sine cua ncn" angesehen v.ärd, und seine x--llgeriingu'ltighei^ lcaun nc oh infrage gea-cellt v/ird.

Lie !"achteile dieser Lb'sung n:i~ Hilfe überschv/erer \

";-».v,^reioC ceste'.ien au3er in hohen lies ten darin, da.3 sie notv/endiger-"..'sise c."." bestinnte Grenzen gebunden Lsz· insbesondere is~ die rh'higkeix der üblichen Werkzeugmaschinen zur Xontrclle von 7ibra~icnen durch die Charakteristik ihrer passive" Zonstruk-uicn bestir-™";. Sine passive Konstruktion ist grundsätzlich nicht zu irgendeiner positiven Aktion fähigj un auftretende Vioations-

-4-109835/0442

BAD ORIGINAL

störungen an den Schneidwerkzeugen aufzufangen oder auszugleicher.. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich- um selbsterregende oder selbst-induzierende Vibrationen handelt, die allgemein als Hattern bezeichnet werden, oder um erzwungene Vibrationen, die von einer äußeren Vibrationsquelle, wie z.B. einem vorbeifahrenden Lastw-agen oder einer benachbarten Werkzeugmaschine über den Xaschinenrahmen selbst auf das Zerspanungswerkzeug über tragen werden.

Sine Werkzeugmaschine üblicher Bauart kann nur versuchen, das Auftreten von Vibrationen gleich bei ihrer Entstehung zu verhindern, und zv/ar geschieht dies dadurch, daß der Hahnen so massiv ausgeführt wird, daß das Werkzeug sich nur sehr.wenig bewegt oder nachgiebt, selbst e3 gewaltigen vibrationsfördernden Kräften ausgesetzt wird. Wenn das Auftreten von Vibrationen verhindert wird, oder diese in tragbaren Grenzen gehalten werden, so existieren sie eben in keiner Hinsicht in wirksamem Ausmaß, und die Werkzeugmaschine braucht nicht auf das Auffangen oder Ausgleichen von Vibrationen eingerichtet zu sein. Jedoch kann diese Verhinderung von Vibrationen nur versucht v/erden, indem man zu massiven Bauweisen Zuflucht nimmt, so daß die Maschine normalen vibrationsfördernden Kräften , ohne nachzugeben, widerstehen kann. 3s_f gibt aber eine praktische Grenze, bis zu welcher Größe eine Werkzeugmaschine gehen kann, und diese Grenze nähert sich schnell,da die heutigen Bearbeitungsgeschv/indigkaiten und die Anforderungen an eine saubere Oberfläche sich in immer schnellerem

-5-

109835/OU 2 . ' .

BAO ORIGINAL

Jempo erhöhen. Deshalb wird die übliche Werkzeugmaschine in den l.:..^e unbefriedigend, in dem sich die Anforderungen vervielfachen.

C.:/j Arfinc.ung ist es, eine Werkzeugmaschine

dahingehend zu verbessern, daß sie ohne die macsive Bauweise aufkommt, die für die heutigen Werkzeugmaschinen charakteristisch, ist. Zur lösung dieser Aufgo.be schlägt die Erfindung ein Verfahren sur Vermeidung unerv/ünsohter Abweichungen von einer bestimmten f Spaiiticfe vor, daß sich dadurch lcennzeich.net, daß ein der Abweichung von der der bestimmten Spantiefe entsprechenden Stellung von "'.verl-zsGug und !verhstüclc zueinander oder einer mathematischen, deu seitlichen -Lblauf dieser Abweichung berücksichtigenden Ableitung proportionales Signal erzeugt und zur Rückführung der S-

der

von ^T/fer'.:zGUg und ^T.7erlcstüc;-: zueinander in/der bestimmten Spantiefe entsprechende Stellung verwendet wird. 2weckmä.3ig ist dabei vorgesehen, daß das Signal ait einem festgelegten ^T;.^rert verglichen und durch diesen Vergleich ein der Differenz zwischen den durch die * jeweilige Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander erzeugten Signal und dem festgelegten Wert proportionales ICorrektursignal erzeugt wird.

Der Vorschlag der Erfindung bedeutet den Ersatz der passiven Konstruktion der bekannten Werkzeugmaschinen durch eine aktive Konstruktion derart, daß durch eine in die Werkzeugmaschine eingebaute Vorrichtung in federn Augenblick die unerwünsdhtenlielativbeweguiigsicder -beschleunigungen zwischen Werkzeug und Werkstück bzw. die Spantiefe abgetastet und darauf hin Werkzeug und Werk-

109835/0442 -₆-

Z..:. Or.iCINAL

-δ -

stück i- .Hirer gegenseitigen lage zueinander in einer Richtung und C^ukwindigkeit bezogt v/erden, die in. ^eden Augenblick·der -vio'.vjui-rj und C-e3c:iv;indigkeit der unarv/ünsck^en Relativbs- ·.;:. jungen zwischen "./erkzeug und Werkstück entgegengesetzt «inJ. und dio2a dadurch ausgleichen. Die ausgleichende

dc'csi nur so lange fortgesetzt, "bis die S^antiefe v/ieder au. das gewünschte Ma3 gebracht ist. Im l'alle τοη au2sn sr-T./ungensr Yibr-ationen hält also das ausgleichende Yer-So'nieucn das V/erkzeugs so lange an, wie die äußere Tibrationscuelle Vibrationen auf das V/erkzeug überträgt. Sind die Vibrationen auf Rattern zurückzuführen, also sdbä-induziert, so braucht die ausgleichende V/erkzeugverschiebung nur so lange anzuhalten, v/ie es notv.^rendig ist, v_id die ';er>zeugvibration auf ein unbedeutendes IIa3 nerabzudl'cpfen, was in der Größenordnung einiger Schv/ingungsperioden liegen l:ann.

Das zur Kondensation von Spantiefen-Abweichungen dienende Signal kann einstufig angewandt werden, indem dieses Signal säatliche ICorrelctur-lComponenten berücksichtigt. In vielen fällen ist aber eine zweistufige Arbeitsweise zw3cknä3iger. Lr.bei werden in dem Signal die höherfrequenten Komponenten und die niederfrequenten IComponenten voneinander getrennt, wobei die niederfrequenten Komponenten verwendet werden, um Werkzeug und Werkstück zueinander gegenüber den durch die länger-

BAD ORIGiMAL

109835/0442 "⁷"

:. ljii:riilsse_; 7/ie liascliinenäeforination, ^erl-cseu^vei·- ν..-C; .'!~:..:IiG;ie5 VGi'urscG:!":5:1 S^ellun^sac'^icäiinjen in

w — \_^-*w -^ V.-4.*— λ— KJ *J *.-■>. iZ>

. ^^ ^_- ~ ^h _{Wfc ta} j. _{9 t} ^v-*-— 1 ^.' »~- - J₄ KZf ,ä, ^^ 4<Ί« Sf-! ,_lM ^^ ^? V^ ,^: _r^ ^ _{ ^ ^Ov- ·γ_μ ti fc^ ■ r ii - ij t^ _L ; , ^X ^^ *** « — ^_^ «f^ I^ ^ v-v -w — *> ^j — ^

\"Z-^-L-.zez;. wi.i ^IzT-OZ-¹Oii™Lix2.Vs^-5^*1--Cer vo-?2esG:ien i£"c;_? iziid ζι.ι βζ-ΐΐί

bad O":g:mal

liurcli eic „nvencung der Erfindung v/ird die lTotwendigkeit massiver Abstützungen oder C-rundkonstruktionen zum Pesthalten des Werkzeuges in der richten Stellung beseitigt,, da, wenn ein Werk-

* zu zeug s-ch. aus seiner festgelegten Stellung/entfernen beginnt, diese

2e'.;e3ur.3 festgestellt v/ird, und augenblicklich die 'Ser/o-Vorrichtür.s eine Korrektur hervorbringt, umdas Werkzeug in die festgelegte Stellung relativ zum Werkstück zurückzuführen. Als i'olge ^ davon ^rhölvfc sich die Oberflächenseite, die Genauigkeit, die Werkzeugs tandseit und die Zerspanungsleistung. Andererseits ist selbst dann, \-i.enn für die Korrektur ein hoher Kraftaufwand erforderlich sein sollte, kein massiver Haschinenkörper notwendig; vielmehr

'..::'.-.:"t kann auch ein leichter Maschinenkörper der Korrektur/widerstehen,

vobei er einfach in stärkerem Maße nachgibt, als es eine massive ^; .Konstruktion tun würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Servo-Betätigungseinrichtung (auch als "Vibrations-Ausgleichs- ~erät" bezeichnet) ein V/erkzeugführungsgerät mit einem hydraulischen ^w Servo-Yentil und einer Hydraulikeiiiheit, welche die Stellung des Werkzeuges in Abhängigkeit von den Korrektursignalen relativ zun V/erkstück verändert.

-8a-

109835/0442

Sanktion und Betrieb des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes und des dabei verwendeten Werkzeugführungsgerätes dürfen nicht mit den bekannten numerischen oder durch Adapter gesteuerten Werkzeugmaschinen verwechselt v/erden. Im allgemeinen wird bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen die Ausgangsposition relativ zum Werkstück festgelegt , und es werden aufgrund eines gespeicherten und unveränderlichen Programmes Geschwindigkeiten und Vorschübe gesteuert. Das Adapter-Steuerungssystem arbeitet im großen und ganzen in der Weise, daß die Bearbeitungszeit, die Kosten, der Gewinn oder andere ausgewählte Kennzahlen so günstig wie möglich gehalten werden, indem Vorschub und/oder Schnittgeschwindigkeit während des Bearbeitungsvorganges in Abhängigkeit von der Werkzeugabnutzung, Werkstückhärte, Werkzeug- oder Werkstüoktemperatur usw-. geregelt werden. Weder die numerische noch die Adaptersteuerung versuchen, die Relativbewegungen zwischen Zerspanungswerkzeug und Werkstück an ihren Grenzflächen abzutasten und aufgrund dessen fortlaufend

109835/0442

die S~sllung des 1/erkzeuges und das '..'cL-'^stüclces zueinender

r 1

—; Λ

l:. 3o1j1-o liichtung und Gesclrz/indigkei^/vGrschieben, £a3 dadurch die Vibrationsbewegung zwischen Y/erkzeug und '.7Gr^--CS-OlIo'.: if.ui" ein :-:i:ide3t~a.3 beschränkt wird.

_clls das hydraulische V.'erkzeugführungsger^t in de"_· £3"non erwähnten "./eise zweistufig gesteuert wird, ergibt sich der Verteil, da3 zv;ischen den elelctrischen Zorrelctursignd als Uin-

P scnj und der mechanischen Pührungsbev/egung des V/erlczeuges als -.usgang eine in wesentlichen lineare 'Punktion besteht. i?ür die zweistufige Arbeitsweise werden die hochfrequenten oder ^:* dynamischen" Signalanteile in Ausgang des DifferentialYerstariers aittels Passfiltern von den niederfrequenten oder "statischen" Signalanteilen getrennt, und die voneinander getrennten >Signalanteile v/erden dann zur Steuerung von zwei verschiedenen Servoventilen verwendet, die in dem hydraulischen Steuerkreis für die Kydrculikeinheit des V/eriizeugführungsgerätes liefen. liiese

^ zv;eistufige Korrektur infolge der getrennten statischen und dynanischen Korrekturen ermöglicht es _/ den beiden Servo-ventilen, in der iHihe eines Gleichgewichtszustandes zu arbeiten, der nicht durch ein aus der statischen Korrektur stammendes Steuersignal mit einea entsprechend starken Ausschlag aus der Fullage ge stört wird. Aufgrund seines in dieser Weise eingehaltenen Geichgewichtszustandes arbeitet das dynamische Servoventil in einem Bereich, der frei von Strömungshemmungen und daraus resultierenden Abweichungen von der linearen Charakteristik ist.

ORiGi₁MAL

109835/0442 -10-

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den Zeichnungen hervor. Diese stellen dar:

Pig. 1 ein erstes Ausführur.gsoeispiel

des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes in Verbindung mit % einer Drehmaschine,

Pig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

des erfindungsger.äßen Vibrationsausgleichsgeräoes unter Verwendung des zweistufigen Xorrektursystems, ebenfalls in Verbindung mit einer Drehmaschine _t

Pig. 3a - 3c Zur Erläuterung der Arbeitsweise "

und der Vorteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung Diagramme über den zeitlichen Verlauf der tatsächlichen und der gewünschten Spantiefe, sowie den zeitlichen Verlauf von daraus abgeleiteten Daten.

109835/0442

BAD

Pig. 4 einen Teil einer Schleifmaschine, die in einer für die Verwendung des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes geeigneter Weise abgewandelt wurde,

Pig. 4a einen Querschnitt nach 4a-4a der Figur 4

Pig. 5 ein Teil einer Fräsmaschine, die ebenfalls in einer für die Verwendung des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes geeigneten Weise abgewandelt wurde,

Pig. 5a einen Querschnitt nach 5a-5a in Figur 5

Pig. 6a und 6b eine schematische Darstellung der

Auswirkung einer vibrationsfördernden Kraft " . auf eine übliche Werkzeugmaschine*·»

Pig. 7a und 7b eine schematische Darstellung.der

Auswirkung einer vibrationsf ordernde». Kraft auf eine Werkzeugmaschine·unter Verwendung des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätea . . . .

BAO ORiGiMAL

-12-

109835/OAA2

Pig. 1 stellt eine "bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes dar. Um die Ar^-Oeitsweise und die Vorteile besser verständlich zu machen, ist diese Ausführung in Verbindung mit einer bestimmten V/erkzeugmaschinenbauart, und zwar mit einer Drehmaschine gezeigt. Wie ,jeder Fachmann sofort erkennen wird und im einzelnen später gezeigt wird, ist die Anwendung des erfindungsgemäßaii Vibrationsausgleichsgerätes nicht nur auf Werkzeugmaschinen der Drehmaschinen- ' % bauart beschränkt, sondern ist in beträchtlichem Umfang auch bei sonstigen Maschinen möglich, bei denen ein Werkzeug eine spanabhebende Bearbeitung an einem Werkstück ausführt, wie es z.B. beim Fräsen und Schleifen geschieht.

Wie Fig. 1 zeigt, weist das Vibrationsausgleichsgerät bei dieser Ausführung eine mit 10 bezeichnete geschlossene, rückgekoppelte Servo-Regelschleife auf. Einer der Hauptbestandteile dieser Regelvorrichtung ist das Werkzeugführungsgerät Dieses trägt ein Werkzeug 13, das an einem an der Körnerspitze 17 _Λ zentrierten Werkstück 16 im Schnitt steht. Das Werkzeugführungsgerät 11 regelt die axiale Stellung des Werkzeuges 13 in Abhängigkeit von einem fortlaufend in leitung 12 erzeugten Eingangssignal für die Korrektur.der Werkzeugstellung. Um dieses Korrektursignal zu erzeugen, weist die Regelschleife 10 ferner einen Übertrager für die Werkzeugstellung, eine variable Vergleichsspannungsquelle und einen Differentialverstärker 19 auf. Der Übertrager ist so befestigt, daß er die ,Bewegungen des Werkzeuges 13 mitmacht. Er liefert über Leitung 15 ein Werkzeugpositions-Signal, das der

109835/04A2 -13-

augenblicklich vorhandenen Spantiefe entspricht, die das 7/erkzeug 13 am Werkstück 16 hervorbringt. Die Vergleichsspannungsquelle 18 erzeugt in leitung 20 ein Signal, das der gewünschten.ßpantiefe des W_orkzeuges 13 am Werkstück 16 entspricht.

Im Betrieb wird die Vergleichsspannungsquelle 18 so eingestellt, daß sie Über Leitung 20 ein der gewünshten ^ Spantiefe des Werkzeuges 13 am Werkstück 16 entsprechendes Signal erzeugt. Dieses Signal in Leitung 20 geht als Eingang in den Differentialverstärker 19» wo es mit dem in Leitung 15 ankommenden , vom Übertrager 14 in Abhängigkeit von der augenblicklich vorhandenen Spantiefe erzeugten Signal verglichen wird, Besteht zwischen den Signalen in den Leitungen 15 und 20 eine Differenz infolge einer Stellung des Werkzeuges 13 , die von der für die gewünschte Spantiefe erforderlichen und der Einstellung der Spannungsquelle 18 entsprechenden Stellung abweicht, wie es ^ infolge von Vibrationen eintritt, so erzeugt der Differentialveretärker 19 in Leitung 12 ein Fehler- oder Korrektursignal. Dieses Korrektursignal in Leitung 12 bildet den Eingang am Werkzeug-führungsgerät 11, wo es das Vorschieben oder Zurückziehen des Werkzeuges 13 bewirkt, um die Schnittkante in die Lage zurückzubringen, bei der die tatsächliche gleich der gewünschten Spantiefe ist. Wenn das Werkzeug 13 wieder in die richtige Lage gebraoht ist, so ist das Ausgangssignal des Übertragers 14 in Leitung 15 gleich dom der gewünschten Spantiefe entsprechenden Ausgangssignal der Vergleiohsspannungsquelle

109835/0442

in ^.situng 20. Dadurch geht das Fehler- oder Korrektursignal in leitung 12 auf XuIl zurück, \χτΛ verhindert somit-ein v.-viitores Verschieben des Werkzeuges 13.

Die Geschwindigkeit, mit der das Uerkseug 13 seine Stellung ändern nu3, um die Spantiefe wieder herzustellen, bestirnt die erforderliche Reaktionsfrequenz des Werkzeugführungsgerätes und hängt von der Frequenz ab, mit der Werkstück und/oder Werkzeug vibrieren. Die letztere Frequenz hängt davon ■^r-b, ob oc sich ία eigen-erregte oder um von außen übertragene Vibration:! handelt. Sind die Vibrationen eigen-erregt, se ist die Frequenz eine Funktion der verschiedenen Vibrations- ?.e s onan-3 frequenz en der Maschinenkonstruktion und liegen meist zwischen 200 und 1 000 I-Iertz. Sind die Vibrationen von au3en erzwungen , so ist ihre Frequenz abhängig von derjenigen der äußeren Vibrationsquelle und kann infolgedessen in weiten Frequenzen schwanken.

Das erfindunrrsgemäße Vibrationsausgleichsgerät paßt aichjChno Zuflucht zu massiven Konstruktionen nelimen zu müssen, den νicrationsfordernden■Kräften typischer Bearbeitungsvorgänge ε.η und hält dabei die augenblickliche Spantiefe in ihrer gewünschten Höhe aufrecht, wobei der Zerspanungsvorgang frei von den bei VJerkceugvibrationen auftretenden Mangeln bleibt. Die Art und Weise, wie dies geschieht, wird an besten verdeutlicht, indem zunächst die Vorgänge in einer üblichen Werkzeugmaschine beim Auftreten von νibrationsfördernden Kräften betrachtet werden.

109835/CK42

BAD ORIGINAL

Wie die Pig. 6a und 6b zeigen, weist eine übliche Werkzeugmaschine 69 einen massiven Werkzeug-Support -auf, der scherüatisch mit 70 bezeichnet ist und ein Werkzeug 71 starr in seiner Lage gegenüber einen auf (nicht gezeigten)- ^s·. Xörherspitzeniaufenden Werkstück 72 festhält. Pig. 6a zeigt das Werkzeug 71 und den Support 70 unter Bearbeitungsverhältnissen, bei denen keine vibrationsfordernden Kräfte vorhanden sind. Läßt nan die tangentialen Kräfte unberücksichtigt, so greift unter dieser Voraussetzung eine verhältnismäßig kleine Schnittkraft P in Richtung der Werkzeugachse am Werkzeug 71 an. Liese Kraft P lenkt den Werkzeugsupport 70 un einen unbedeutenden 3etrag ab, der aus Gründen der Klarheit nicht darge-stellt ist.

Pig. 6b zeigt die gleiche Maschine 69 bei Auftreten einer großen vibrationsfordernden Kraft P . Unter der Wirkung dieser Kraft P_v wird der Werkzeugsupport 70 abgelenkt, so daß sich das Werkzeug 71 augenblicklich un einen Abstand X vein Werkstück 72 entfernt, wobei sich die Spantiefe'momentan verringert, und eine unsaubere Oberfläche entsteht. Wäre nicht der Support 70 von nassiver Bauart, so wäre die Ablenkung des Werkzeuges durch die Kraft P sogar noch größer.

Pig. 7a zeigt eine unter Verwendung'der Erfindung abgewandelte Werkzeugmaschine 79 . Diese ist durch einen Werkzeugsupport 80 nit wesentlich kleineren Abmessungen gegenüber dem Support 70 der gebräuchlichen Maschine gekennzeichnet. Auf dem Support 80 ist ein Vibrationsausgleichsgerät ß1 montiert, aus dem

109835/0442 -16-

BAD ORIGINAL

ein Zerspanungswerkzeug 82 herausragt, das ηit einem Werkstück 33 in Schnitt steht. Das Werkstück 83 übt eine Kraft' P auf das Werkzeug 82 und damit auf den Support 80 aus, die eine (nicht gezeigte) Abweichung hervorruft.

Pig. 7b zeigt die gleiche Haschine wie Pig 7a, jedoch bei Auftreten einer momentanen und verhältnismäßig starken vibrationsfördernden Kraft P . Die Kraft P lenkt den Werkzeugsupport 80 und das Vibrationsausgleichsgerät 81 um einen Betrag X' Λ ab. Jedoch entfernt sich die Schnittkante des Werkzeuges nicht vom Werkstück 83 und verringert damit augenblicklich die Span-Tiefe, wie es bei einer gebräuchlichen Werkzeugmaschine entsprechend Pig. 6b der Pail ware. Vielmehr wird das Werkzeug 82 um den Betrag X' gegenüber dem Support 80 durch das Vibrationsausgleichsgerät 81 verschoben, und zwar in der Richtung und mit der Geschwindigkeit, die genau die Abweichungen des Supports 80 aufheben. Infolgedessen bleibt die Stellung des Werkzeuges 82 zum Werkstück 83 unverändert. Selbstverständlich ist^darauf hinzuweisen, daß in Wirklichkeit das Werkzeug 82 sich unter der Einwirkung der Kraft P_y doch um einen geringen Setrag gegenüber dem Werkstück 83 bev/egt. Diese Bewegung wird jedoch in sehr geringen und belanglosen Grenzen gehalten. Sobald der Übertrager, der die Grenzfläche zwischen Werkstück und Werkzeug abtastet, irgendeine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück feststellt, erzeugt er ein Korrektursignal , wodurch die Relativbewegung gestoppt und das Werkzeug in seine richtige lage zurück-

-17-109835/0442

geführt wird, so da3 die Spantiefe in der gewünschten Stärke wieder hergestellt wird. Auf diese Tieise verhindert das Vi'oratiori3ausgleichsgerät 81 , aas durch die Zraft P die Spantiefe von ihrem Sollwert abweicht, und. zwar weder für einen längeren Zeitraum noch um einen bedeutenden Betrag.

Sollte die normale Schnittkraft ? , das hei3t, die ohne vibrationsfördernde Kräfte auftretende Kraft, genügend groS sein, um das Werkzeug 80 in nennenswerten liaSe abzulenken, so reagiert das Vibrationsausgleichsgerät in der gleichen Weise wie vorstehend im Hinblick auf die durch Vibrationen bedingten Abweichungen erläutert, um die Spantiefe auf ihren Sollwert zurückzuführen. Insbesondere stellt das Ausgleichsgerät jede Ungleichheit zwischen gewünschter und tatsächlicher Spantiefe auf-grand der durch die Schnittkraft P hervorgerufenen Abweichung fest und erzeugt ein Xorrektursignal , das die Zurückführung des Werkzeuges in die der gewünschten Spantiefe entsprechende Lage bewirkt.

Das Werkzeugführungsgerät 11 (PIg. 1) , welches das Werkzeug 13 in die für die gewünschte Spantiefe erforderliche Stellung zum Werkstück 16 bringt, kann verschiedene Formen haben. Bei einer in Pig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsforni besteht das Werkzeugführungegerät 11 aus einem hydraulischen Spindelventil 25 und einer Hydraulikeinheit 26. Das Ventil weist eine genau in die Bohrung 34passende und in ihr axial verschiebliche Spindel 33 auf, deren Verschiebung durch eine

-18-109835/0442

BAD ORIGINAL

Stange 35 bev/irkt wird, die vcn der?, elektromechanischen Übertrager 3ή beeinflu.3t wird. Dieser elektromechanisch^ Übertrager kann von leder geeignten Bauart sein, die aufgrund eines elektrischer Impulses eine mechanische Bewegung auslöst. Die Spindel 35 v/ei ε-u rr.-.-o i Bunde 3" und 32 auf. Sine Eingangs bohrung 37 für Druckflüssigkeit verbindet ein Ilochdruckaggregat 33 rät uen; .'.bcchnitt 50 der Bohrung 34 zwischen den beiden Bunden 31 und Ausla.3bohrungen 40 and 41 verbinden die Kammern 43 und 44 , die vcn den Enden der Bohrung 34 und den Bunden 31 und 32 bis zu ™ einen Tank 42 gebildet v/erden. In der Praxis werden Spindelventil 25 "^d elektror-echanischer übertrager 36 als geschlossene Einheit hergestellt und unter der Bezeichnung Servoventil auf den Markt gebracht. 7ür das erfindungsgemäiSe Werkzeugführungsgerät geeignete Servcventile v/erden von der MCCG VALVS CC.

unter der Bezeichnung TLC:; OGvIRCL VALVSS ,_ Series 3C, Modell

/ auch -010 A vertrieben. Ahnliche Servoventile v/erder/von der PLAIT32 PRCDUC'I'S HTC, Cincinnati , Chio vertrieben.

Die Hydraulikeinheit 26 weist einen in Zylinder 46 M axial verschieblichen Kolben 45 auf. Der Kolben 45 unterteilt den Zylinder 46 in zwei veränderliche Kacunem 47 und 48. Diese stehen über die Leitungen 49 und 50 mit der Bohrung 34 in Verbindung. Vom Kolben 45 erstreckt sich axial nach rechts eine Kolbenstange 53, auf welcher das Werkstück 13 und der Übertrager 14 befestigt sind. In der entgegengesetzten Richtung

109835/0442

ΒΛΟ CniClMAL

ZO

zur Kolbenstange 53 befindet sich die Kolbenstange 54. Die Stangen 53 und 54 gleiten passend.in einer Blindbohrung 55 und einer Durchgangsbohrung 56, wodurch die Kolbenstangen 53 und 54 radial geführt und getragen werden und damit auch der Kolben 45, das Werkzeug 13 und der Übertrager 14.

Die Leitungen 49 und 50 sind so in bezug auf die Kammern 47 und 43 angeordnet, daß der Kolben 45 während eines normalen V/erkzeugführungsvorganges keine der beiden Kammern 47 ^ und 43 abschließt. In bezug auf die 3ohrung 34 und die Bunde 31 und 32 sind die Bohrungen 49 und 50 so angeordnet, daß bei Stellung der Spindel 33 in ihrer Mittellage (Pig. 1) die Bunde 31 und 32 die Leitungen 49 und 50 abschließen und somit die Kammern 47 und 48 gegenüber der Singangsbohrung 37 für Druckflüssigkeit absperren. Außerdem ist die Anordnung so getroffen, daß , wenn die Spindel 33 aus ihrer Hittellage nach links bewegt

/ die
wird ,"'Kammer 47 über Leitung 49 mit der Singangsbohrung 37 für

Druckflüssigkeit verbunden wird, während die Kammer 40 über Leitung 50 mit der Auslaßbohrung 40 zum T^Ank 42 verbunden v/ird. ψ Endlich wird, wenn die Spindel 33 sich rechts von ihrer Mitteilte befindet, die Kammer 48 über Leitung 50 mit der Singangsbohrung 37 und Kammer 47 über Leitung 49 mit der Auslaßbohrung zum Tank verbunden.

Falls die Erzielung und Einhaltung einer Spantiefe X am Werkstück 16 gewünscht wird, so wird die Quell'e der Vergleichsspannung 18 so eingestellt, daß in Leitung 20 eine der Spantiefe X

-20-109835/0442

BAO ORIGINAL

entsprechende Spannung erzeugt wird. Das Signal in leitung wird vorn. Differentialverstärker 15 π it dem der ta-cs Schlich vorhandenen Spantiefe entsprechenden und vor. Werkzeug ".3 aufgrund seiner augenblicklichen Stellung bewirkten Signal in Leitung verglichen. Sind beide Signale gleich, wie es beispielsweise der l?all ist, wenn die augenblickliche Spantiefe gleich der gewünschten Spantiefe X ist und keine Vibration an Werkzeug und/oder Werkstück vorhanden i3t, so ist das Ausgangssignal des Differentialverstärkers in Leitung 12 gleich ITuIl. Mit einen Λ Ivull-Zorrektursignal als Eingang des elektromechanischen Übertragers 36 bleibt die Kolbenstange 35 und danit auch die Spindel in ihrer Kittellage, so daß auch die Bunde 31 und 32 in dar Mittellage bleiben und die leitungen 49 und 50 abschließen, dadurch wird die Flüssigkeit in den Kammern 47 und 4o abgesperrt und der Kolben in seiner vorhandenen Lage festgehalten und danit auch das Werkzeug 13 auf der gewünschten Spantiefe X.

Palis zu irgendeinem Zeitpunkt sich das Werkzeug in einer anderen als der der gewünschten Spantiefe X entsprechenden Stellung befindet, z.3. bei Vibrationen des V.'erkzeuges 13 und/oder des Werkstückes 16 eintritt, so tritt momentan ein Unterschied zwischen den der tatsächlichen und aen der gewünschten Spantiefe entsprachenden Signalen in den Leitungen 15 bzw. 20 auf. Dieser momentane Unterschied hat die Erzeugung eines Korrektursignales durch den Differentialverstärker 19 in Leitung 12 zur Folge, so daß der Eingang am elektromechanischen Übertra-ger 36 des

-21-109835/0442

rad O'VGINAL

Werkzeugführungsgerätes 11 eine Bewegung der Kolbenstange 35 und damit der Spindel 33 entweder nach rechts oder nach links bewirkt, je nachdem ob die richtige Führung des Werkzeuges 13 ir. bezug auf das Werkstück 16 zur Einhaltung der gewünschten Spantiefe ein Verschieben des Werkzeuges nach links oder nach rechts erfordert.

W_pnn beispielsweise die augenblickliche Stellung des Werkzeuges so ist, daß die Spantiefe geringer als die gewünschte fe Tiefe X ist, so beeinflußt das vom Differentialverstärker 19 erzeugte Fehlersignal den elektromechanischen Übertrager 36 in der Richtung, daß die Kolbenstange 35 die Spindel 33 und damit die Bunde 31 und 32 nach links verschiebt . Wenn der Bund nach links geht, wird das Hochdruckaggregat 38 über Eingangsbohrung 37, Bohrungsabschnitt 30 und Leitung 49 mit der Kammer verbunden. Gleichzeitig öffnet der nach links verschobene Bund 32 die Leitung 40 und verbindet die Kammer 48 über Leitung und Auslaßbohrung 41 mit dem Tank 42. Die gleichzeitige Wirkung der Verbindung von Kammer 47 mit dem Hochdruckaggregat 38 und von Kammer 58 mit dem Tank 42 bewirkt das gleichzeitige Einströmen von Flüssigkeit in die Kammer 47 und das Ausströmen aus Kammer Dies wiederum bewirkt die Bewegung des Kolbens 45 unddamit auch der Kolbenstange 53 und des Werkzeuges 13 nach rechts, wodurch die Spantiefe vergrößert wird. Die Bewegung des Kolbens 45 hält an, bis das Werkzeug 13 genügend weit in Richtung- zum Werkstück verschoben ist, um die gewünschte Spantiefe X zu erzielen«

• -22-109835/0442

Wenn die Spantiefe X erzielt ist, wird das Signal vom Übertrager 14 in Leitung 15 gleich dem Signal von der Vergleichsspannungsquelle 10 in Leitung 20. Dadurch wir das Korrektusignal als Ausgang des DifferentialVerstärkers 19 in Leitung 12 gleich Null. Dieses Null-Korrektursignal wiederum veranlaßt den elektromechanischen Übertrager 36, über die Stange die Spindel 33 in ihre Mittellage zurückzuführen , so daß die Bunde 31 und 32 wieder in ihre Absperrlage zu den Leitungen 49 und 50 zurückkehren. Sind diese Leitungen 49 und 50 abgesperrt, μ sind auch die Kammern 47 und 48 abgesperrt, so daß die in den Kammern 48 und 47 befindliche Flüssigkeit Mengen auf beiden Seiten des Kolbens 45 eingeschlossen sind und dadurch die Kolbenstange 53 und das Werkzeug 13 daran hindern, durch axiale Bewegung die Spantiefe gegenüber dem gewünschten Wert X zu verändern.

Ist dagegen die augenblickliche Spantiefe des Werkzeuges in bezug auf das Werkstück 16 größer als die vorgewählte Spantiefe X, beispielsweise in-folge von Vibrationen des Werkzeuges und/ oder des Werkstückes 16 , so wird wieder ein Fehlersignal vom Differentialverstärker 19 abgegeben, daß als Eingang beim " elektromechanischen Übertrager 36 bewirkt, daß die Spindel sich nach rechts verschiebt, und die Bunde 31 und 32 mitnimmt. Bewegung des Bundes 32 nach rechts bewirkt eine Verbindung des Hochdruckaggregates 38 über Eingangsbohrung 37 und Leitung mit der Kammer 40. Gleichzeitig bewirkt die Bewegung des Bundes nach rechts eine Verbindung der Kammern 4-7 über Auslaßbohrung

-23-109835/0442

BAD ORiGiNiAL

und Leitung 49 mit dem Tank 42 . Bei diesen Verbindungen der Kammern 47 und 43 veranlaßt die in die Kammern 47 und' 48 eintretende bzw. aus ihnen ausströmende Flüssigkeit den Kolben 45 .und damit die Kolbenstange 53 und das Werkzeug 13 zu einer Verschiebung nach links , wodurch die Spantiefe verringert wird. Die Bewegung nach links hält an, bis die gewünschte Spantiefe X erreicht ist.

Sobald die Spantiefe auf den gewünschten Wert X zurückgeführt ist, werden die Signale, die über die Leitungen 15 und vom Übertrager 14 bzw. von der Vergleichsspannungsquelle 18 geliefert werden, gleich und führen somit das Fehlersignal in Leitung 12 auf Null zurück. Das verhindert eine weitere Werkzeugbewegung in der vorherbeschriebenen Weise .

Wie .jeder Fachmann auf dem Gebiet der Regeltechnik verstehen wird, geht der Ausgangsimpuls des Differtialverstärkers in Leitung 12 nicht wirklich auf Null zurück, wenn das Werkzeug auf die gewünschte Spantiefe gebracht ist, sondern nähert sich vielmehr einem sehr kleinen Wert nahe Null. Der genaue Ausgangsimpuls des Differentialverstärkers 19 unter dieser Null-Voraussetzung hängt von der Verstärkungscharakteristik des Verstärkers bei offener Schleife ab und nimmt zu bzw. ab, .wenn diese Charakteristik größer oder kleiner ist.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine geschlossene, rückgekoppelte Servo-Regelschleife 110 vorgesehen, deren wesentlichstes Element ein Werkzeug-

-24-109835/0442

führungsgeräti11 ist. Dieses Werkzeugführungsgerät 111 verschiebt ein Zerspanungswerkzeug 113 in bezug auf'ein rotierend zwischen Spitzen 117 gelagertes Werkstück 116 in axialer Richtung und in Abhängigkeit von einem statischen Regel- oder Korrektursignal in Leitung 108 und einem dynamischen Regel- oder Korrekturs ignal in Leitung 109.. Die geschlossene Servo-Regelschleife 110 weist auch einen Übertrager 114 für die Werkzeugstellung auf, dessen Ausgangsimpuls in Leitung

115 der augenblicklichen Spantiefe des Werkzeuges 113 am % Werkstück 116 entspricht. Dabei sei angenommen, daß sich die wirkliche Spantiefe des Werkzeuges 113 am Werkstück 116 dauernd infolge von Vibrationen und anderen Einflüssen in einer Weise ändert, die in dem Diagramm I in Fig. 3a (zeitlicher Verlauf der wirklichen Spantiefe) gezeigt ist. Ferner ist eine Vergleichsspannungsquelle 118 zur Lieferung eines der gewünschten Spantiefe des Werkzeuges 113 am Werkstück

116 entsprechenden Ausgangssignales über Leitung 120 vorgesehen.

Der zeitliche Verlauf der gewünschten Spantiefe geht aus dem * Diagramm II in Fig. 3a hervor.

Die Signale in Leitungen 115 und 120 (also den Istwert- und den Sollwert-Signalen für die Spantiefe) gelangen in einen Differentialverstärker 119» der als Ausgang über Leitung 112 ein sogenanntes "kombiniertes Fehlersignal" abgibt. Dieses kombinierte Fehlersignal ist gleich der Differenz zwischen

-25-

109835/0442

Zb

äen Signalen in Leitungen 115 und 120 und damit auch, gleich der Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Spantiefe des Werkzeuges 113 am Werkstück 116. Der zeitliche Verlauf dieser Differenz ist in dem Diagramm III in Pig. 3b dargestellt.

Ein Niederfrequenzfilter 162 und ein Hochfrequenzfilter 163 werden durch das kombinierte Fehlersignal i_n Leitung 112 beaufschlagt und geben über die Leitungen 108 und 109 statische bzw. dynamische Xorrektur- b^w. Regelsignale ab. ™ Das statische Korrektursignal in Leitung 108 entspricht den niederfrequenten Komponenten des Gesamt-Fehlersignals in Leitung 112 und ist definiert als die über einen gewissen Zeitraum gemittelte Differenz zwischen der gewünschten und der wirklichen Spantiefe am V/erkzeug 113 und Werkstück 116. Ein Diagramm IV des zeitlichen Ablaufs dieser Differenz ist in Fig. 3c dargestellt.

Das dynamische Korrektursignal in Leitung 109 entspricht dem Hochfrequenzanteil des Gesamt-Fehlersignals L· in Leitung 112 und ist deshalb kennzeichend für die augenblickliche Abweichung zv/ischen der über einen Zeitraum gemittelten Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe (Diagramm IV in Fig. 3c)'und der augenblicklichen Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe (Diagramm III). Ein Diagramm V für dieses dynamische Korrektursignal zeigt Fig. 3c.

Im Betrieb wird die Vergleichsspannungsquelle 118 so eingestellt, daß sie über Leitung 120 ein der gewünschten Spantiefe zwischen Werkzeug 113 und Werkstück 116 entsprechendes Signal liefert. Dieses Signal in Leitung 120 wird dann im

109835/0442 _₂₆_

BAD ORIG/m_al

Differentialverstärker 119 nit dem Signal aus dem Übertrager in Leitung 115 verglichen, das der v/irklichen Spantiefe zwischen Werkzeug 113 und Werkstück 116 entspricht. Der Differentialverstärker 119 erzeugt in Leitung 112 ein zusammengesetztes Fehlersignal , das der augenblicklichen Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe zwischen Werkzeug 113 und Werkstück 116 proportional ist, wobei diese augenblickliche Differenz die Folge von Vibrationen des V.^rerkzeuges und/oder des V.'erkstückes ist. Das Ilochfrequenzfilter 163 filtert die % hochfrequenten Komponenten aus den zusammengesetzten Fehler-Signal in Leitung 112 heraus und liefert über Leitung 109 ein dynamisches Korrektursignal. Das Niederfrequenzfilter 162 filter aus dem zusammengesetzten Fehlersignal in Leitung 112 die niederfrequenten Komponenten heraus und liefert über die Leitung 1CvS ein statisches Korrektur signal.

Das statische und das dynamische Korrektursignal in den Leitungen 108 und 109 bilden die Eingangsimpulse im Werkseugflihrungsgerät 111 und bringen das Werkzeug 113 gegen- g über den V.'erkstück 116 in die Lage, die erforderlich ist, damit die augenblickliche Spantiefe zwischen Werkzeug 113 und Werkstück 116 der-der Vergleichsspannungsquelle 118 eingestellten gewünschten Spantiefe entspricht. Auf diese Weise wird das Werkzeug 113 fortlaufend in der gewünschten Spantiefe gehalten, ohne Rücksicht auf Vibrationen in Werkzeug und/oder Werkstück.

-27-

109835/0A42

Das Werkzeugführungsgerät 111 kann zwar von verschiedener Form sein, besteht aber vorzugsweise aus einer Hydraulikeinheit 126, einem dynamischen Flüssigkeitsventil 113 und einem statischen Ventil 170. Das Ventil 130 verbindert lediglich ein Hochdruckaggregat 138A und einen Tank 142A mit der Hydraulikeinheit 126 und bewirkt die dynamische Einstellung des Werkzeuges 113 relativ zum Werkstück 116 in Ab-*· hängigkeit von den dynamischen Korrektursignalen in Leitung 109. Das Ventil 170 verbindet lediglich ein Hochdruckaggregat 138B und einen Tank 142B mit der Hydraulikeinheit 126 und bewirkt die statische Einstellung des Werkzeuges 113 relativ zum Werkstück 116 in Abhängigkeit von den statischen Korrektursignalen, die das Ventil 170 über Leitung 108 erhält.

Das Ventil 130 weist eine in einer Bohrung 134 längaverschiebliche Spindel 133 auf. An der Spindel 133 befinden sich zwei Bunde 131 und 132 in einem gewissen Abstand voneinander. Eine Eingangsbohrung 137 verbindet das Hochdruckaggregat 138A mit dem zwischen den Bunden 131 und 132 liegenden Abschnitt der Bohrung 134 . Die Enden oder Kammern 143 und 144 der Bohrung 134 sind über die Auslaßleitungen 140 bzw. 141 mit dem Tank 142A verbunden. Ein elektromechanischer Übertrager 136 nimmt die dynamischen Steuersignale in Leitung 109 auf·und verschiebt über eine mit der Spindel 133 verbundende Stange 135 in der Bohrung die Spindel 133 in axialer Richtung. Der.Übertrager 136 kann von beliebiger Bauart sein, die geeignet ist, die Stange 135 aufgrund

-28-

109835/0442

-JZSS-

der elektrischen Impulse zu verschieben.

Die Hydraulikeinheit 126 besteht aus einem'Zylinder 146 und einem darin axialverschieblichen Kolben 145- Der Kolben 145 unterteilt den Zylinder 146 in Kammern veränderlicher Größe 147 und 148, die über die leitungen 149 und 150 mit der Bohrung 134 in Verbindung stehen. Eine Kolbenstange 153 ragt an einem Ende vom Kolben aus durch die Zylinderwandung und trägt an ihrem Ende das Werkzeug 113 und den Übertrager 114.

Die Leitungen149 und 150 sind gegenüber den Kammern 147 und 148 so angeordnet, daß sie im normalen Ablauf eines Werkzeugführungsvorganges nicht durch den Kolben 145 abgesperrt werden. Die Bunde 131 und 132 sind auf der Spindel 133 so angeordnet, daß die Leitungen 149 und 150 blockiert werden, wenn die Spindel 133 in ihrer Mittellage ist, wie Pig. 2 zeigt, wobei das dynamische Kontrollsignal in der Eingangsleitung 109 des elektromechanischen Gerätes 136 gleich ITuIl ist. Die Eingangsbohrung und die Auslaßbohrungen 140 und 141 sind so angeordnet, daß, wenn die Spindel 133 aus ihrer Mittellage nach links verschoben wird, (//as erforderlich ist, um den Kolben 145 und damit die Kolben-

/und
stange 153 das Werkzeugs 113 nach rechts zu verschieben und somit

Spantiefe zu vergrößern) das Hochdruckaggregat 138A über Einlaßbohrung 137, Bohrung 134 und Leitung 149 mit der Kammer 147 verbunden wird, während der Tank 142A über Leitung 150 und Auslaßbohrung 141 mit der Kammer 148 verbunden wird. Die Bohrungen 140,

-29-

109835/0442

137 und 141 sind außerdem so angeordnet, daß, wenn die Spindel 133 aus ihrer Mittellage nach rechts verscho-ben wird [wie es r.otwendig ist, wenn der Kolben 145 und damit die Stange 153 und das Werkzeug 113 nach links verschoben und somit die Spantiefe vergrößert werden soll) die Kammer 147 über Auslaßbohrung 140 und Leitung 149 mit dem Tank 142A verbunden wird, während die Kammer 148 über Einlaßbohrung 137, Bohrung 134 und Leitung mit dem Hochdruckaggregat 13DA verbunden wird.

Im Betrieb wird die dynamische Regelung der Werkzeugstellung zum Werkstück 116 in der Richtung, durch welche die Spantiefe vergrößert wird, durch Verschiebung der Spindel 133 aus ihrer in Pig. 2 dargestellten Mittellage nach links bewirkt. Diese Verschiebung der Spindel 133 nach links geschieht unter der Wirkung der Stange 135 des elektromechanischen Übertragers aufgrund des dynamischen Singangs-Steuersignals vom Hochfrequenzfilter 163. Wenn die Spindel 133 nach links verschoben ist, so ist das Hochdruckaggregat 138A über dieEinlaßbohrung 137, Bohrung 134 und Leitung 149 mit der Kammer 147 verbunden. Gleichzeitig ist der Tank 142A über Leitung 150 und Auslaßleitung 141 mit der Kammer 178 verbunden. Bei diesen Anschlüssen der Kammern und 148 tritt die Druckflüssigkeit in die Kammer 147 ein und drückt den Kolben 145 und damit die Kolbenstange 153 und das Werkzeug nach rechts, wodurch die Spantiefe vergrößert wird. Durch die Bewegung des Kolbens 145 nach rechts wird die Flüssigkeit aus der Kammer 140 abgeleitet.

-30-109835/0442

Der Kolben 145 und das Werkzeug 113 bewegen sich v/eiter nach rechts, bis die Abweichung ( Diagramm V)· der zeitlich durchschnittlichen und der augenblicklichen Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe gleich Null wird (Diagramm III und IV). Wenn dies der Fall ist, so geht das dynamische Korrektursignal im Eingang des elektromechanischen 'Übertragers 13^ in Leitung 109 auf ITuIl zurück und bewirkt damit die Rückkehr der Spindel 133 in ihre Mittellage und die Absperrung der Leitungen 149 und 150. Wenn diese Leitungen abgesperrt sind, ist die !Flüssigkeit in den Kammern 147 und 148 eingeschlossen und verhindert eine v/eitere dynamische Verschiebung des Kolbens und damit des Werkzeuges 113.

Die dynamische Verschiebung des Werkzeuges 113 relativ zum Werkstück 116 in einer die Spantiefe verringernden Richtung wird durch Verschiebung der Spindel 133 aus ihrer in Fig. 2 dargestellten Kittellage nach rechts bewirkt. Diese Verschiebung der Spindel 133 geschi-eht aufgrund des dynamischen Steuersignals vom Hochfrequenzfilter 163 als Eingang beim elektromechanischen Übertrager 136, wodurch die Stange 135 nach rechts verscho-ben wird. Verschiebung der Spindel 133 nach rechts bewirkt die Verbindung der Kammer 148 über Eingangsbohrung 137, Bohrung 134 und Leitung 150 mit dem Hochdruckaggregat 138A, während die Kammer 147 über Leitung 149 und Auslaßleitung 140 mit den"Tank 142A verbunden wird. Bei diesen Anschlüssen der Kammern 147 und 148 tritt die Druckflüssigkeit in die Kammer 148 ein und treibt den Kolben 145

-31-

109835/04A2

ixrA damit die Stange 153 und das Werkzeug 113 nach links. Die Bewegung des Kolbens nach links läßt die Flüssigkeit aus der Kammer 147 in den Tank 142A abfließen.

Die 3ewegung des Werkzeuges 113 nach links unter Verringerung der Spantiefe hält an, bis die Abweichung (Diagramm V) der zeitlich durchschnittlichen und der augenblicklichen Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe gleich ITuIl wird (Diagramm III und IV). Wenn dies der Fall ist, geht das dynamische Steuersignal in Leitung 109 als Eingang des elektromechanischen Übertragers 136 auf Null zurück und bewirkt die Rückkehr der Spindel 133 in ihre Mittellage ,in der sie die Leitungen 149 und 150 absperrt. Dadurch wir-d die Flüssigkeit in den Kammern 147 und 148 eingeschlossen und hindert den Kolben 145 an einer weiteren dynamischen Verschiebung des Werkzeuges 113.

Das Ventil 170 weist eine Bohrung 180 auf, in welcher eine Spindel 181 mit einem Bund verschieblich gelagert ist. Die linke Kammer 182 und die rechte Kammer 183 der Bohrung sind über eine Leitung 185 mit einem Hochdruckaggregat 138B bzw. über Leitung 186 mit dem Tank 142B verbunden. Ein elektromechanischer Übertrager 187 von geeigneter Konstruktion verschiebt aufgrund eines statischen Korrektursignales in Leitung 108 eine mit der Spindel 181 verbundene Stange 188 in axialer Richtung.

Die Hydraulikeinheit .. 126 weist außerdem aufgrund dynamischer Steuersignale beweglichen Kolben 145 noch einen

109835/0U2 "³²~

Kolben 193 auf, der unter dem Einfluss von statischen Steuersignalen in der Bohrung 192 gleiten kann. Duroh den Kolben 193 wird die Bohrung 192 in die Kammern 191 und mit veränderlichem Volumen unterteilt. Eine Leitung 190 verbindet die Kammer 191 mit der Bohrung 100. Die beiden Kolben 145 und 193 sind durch eine Kolbenstange 196 miteinander verbunden, die durch das loch 197 hindurchgeführt ist. Eine in der Kammer 194 angeordnete Druckfeder 195 ^bt auf den Kolben 193 einen Druck nach links aus. Über die Kolben- ^ stange 196 , den Kolben 145 und die Kolbenstange 153 v/ird die durch diesen Druck erzeugte Bewegung auf das Werkzeug übertragen.

Die mit einem Bund versehene Spindel 181 und die Leitungen 185' » 186 und 190 sind so dimensioniert, daß, wenn sich die Spindel 181 aufgrund des bei dem elektromechanischen Gerät 136 eingehenden Null-Korrektursignals in der Pig. 2 dargestellten Mittellage befindet, der Bund der Spindel die Leitung 190 absperrt. Ferner sind die Lage der Leitungen M und die Breite des Bundes so aufeinander abgestimmt, daß, wenn sich die Spindel 181 aus der Mittellage nach rechts verschiebt, (wie es erforderlich ist, um das Werkzeug 113 zur Vergrößerung der Spantiefe statisch nach rechts zu verschieben) die Kammer über Leitung 190 und Einlaßleitung 135 mit dem Hochdruckaggregat 138B verbunden ist. Außerdem sind die Abmessungen·und die Lage der Leitungen 185 , 186 und 190 und der Spindel 181 so gewählt,

-33-109835/0442

3 Ψ

dai3, wenn die Spule 181 aus ihrer Mittellage nach links ver-3cho-ben.wird (wie es erforderlich ist, um das Werkzeug 113 :Lur Verringerung der Spantiefe nach links zu verschieben) die Kammer 191 über die Leitungen 190 und 186 mit dem Tank 1423 verbunden ist.

Im Betrieb wird die statische Verschiebung des Werkzeuges 113 relativ zum Werkstück 116 in der die Spantiefe vergrößernden Richtung durch Verschiebung der Spule aus der in Fig. 2 gezeigten Lage nach rechts bewirkt. Dies geschieht vom elektromechanischen Übertrager 187 aus über die Stange 188 aufgrund eines statischen Steuersignals in Leitung 108 als Ausgang des Niederfrequenzfilters 162. Die Bewegung der Spindel 131 nach rechts gestattet der Druckflüssigkeit in Leitung 185, über Leitung 190 auf den Kolben 193 einzuwirken. Dadurch wird die Druckfeder 195 zusammengedrückt und der Kolben 193 und damit auch die Kolbenstange 196, der Kolben 145 , die Stange 153 und das Vterkzeug 113 nach rechts verschoben. Diese Bewegung des Werkzeuges 113 nach rechts hält an, bis die zeitlich durchschnittliche Differenz zwischen der wirklichen augenblicklichen und der gewünschten Spantiefe gleich Null wird (Diagramm IV). Wenn dies der Pail ist, so geht der Eingang beim Übertrager auf Null zurück , und die Spindel 181 kehrt In ihre Mittellage zurück, wo sie die Leitung 140 absperrt. Dadurch wird die Flüssigkeit in der Kammer 191 eingeschlossen und Verhindert eine weitere statische Werkzeugverschiebung.

-34-

109835/04 42

2ine statische Verschiebung des Werkzeuges 113 aur Verringerung der Spantiefe wird durch Verschiebung der opiiidel 1B1 aus ihrer in Fig. 2 dargestellten Mittellage nach links bewirkt. Dies geschieht durch den elektromechanischen v.bertrager 1R7 über die Stange 188 aufgrund eines statischen Steuersignals in Leitung 108 als Ausgang des 27iederfrequer±zfilters 162. Die Bewegung der Spindel 131 nach links verbindet die Härter 19"! über die Leitungen 190 und 136 ir.it den; 2ank 1423. m Dadurch kann die Flüssigkeit aus dieser Kaniner abfließen, so dO. der kolben 193 -inter den Druck der Druckfeder 195 nach links verscho-be:: wird. Diese bewegung des Kolbens 193 nach links wird über Kolbenstange 195, Kolben 145 und Kolbenstange 153 auf das Werkzeug 113 übertragen und verringert somit die Spantiefe .

Die Bewegung des Werkzeuges 113 nach links hält an, bis die seitlich durchschnittliche' Differenz zwischen der wirklichen augenblicklichen und der gewünschten Spantiefe gleich XuIl wird (Diagramr. IV). Wenn dies der ?all ist, geht der ™

Eingang bein Übertrager 137 auf l·7ull zurück, und die Spindel kehrt in ihre Mittellage zurück , wo sie die Leitung 190 absperrt. Dadurch wird die Flüssigkeit in der Kammer 191 eingeschlossen und verhindert eine weitere statische Verschiebung des Werkzeuges.

Das in Fig. 2 dargestellte Vibrationsausgleichsgerät unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß

-35-

109835/0442

die Hydraulikeinheit 126 in Pig. 2 sowohl durch statische als auch durch dynamische Korrektursignale beeinflußt wird, um die Spantiefe auf den gewünschten Wert zurückzuführen, während die Hydraulikeinheit in Pig. 1 die Spantiefe nur aufgrund eines einzigen Fehlersignales in Leitung 12 auf den gewünschten Viert zurückführt, wobei dieses. Signal sowohl die dynamischen wie die statischen Pehler-Korrekturkomponenten enthält. Infolgedessen verhindert die Regelschleife 11 in Pig. Vibrationen mit Hilfe einer einstufigen Korrektur , während die Regelschleife 111 von Pig. 2 die Vibrationen in einem zweistufigen Verfahren verhindert.

Die zweistufige Korrektur mit Hilfe des Gerätes nach Pig. 2 bietet gewisse Vorteile gegenüber der einstufigen Korrektur des Gerätes nach Pig. 1. Insbesondere entstehen bei der zweistufigen Korrektur weniger Verzerrungen in der Durchflusscharakteristik des Spindelventils, besonders im Hochfrequenzbereich, als bei einstufiger Korrektur. Aufgrund des geringeren Verzerrungsgrades der Ihrrchflusscharakteristik bei der zweistufigen Ventilsteuerung gegenüber der einstufigen Steuerung bei einer bestimmten Fre-quenz arbeitet das Werkzeugführungsgerät nach Pig. 2 mit einer größeren Linearität gegenüber dem *von Pig. 1. Unter Linearität ist bei der Arbeiteweise des Werkzeugführungsgerätes die lineare Abhängigkeit zwischen der vom Werkzeugführungsgerät ausgeführten Verschiebebewegung des Werkzeuges und dem elektrischen Eingangesignal des Werkzeugführungs-

-36-109835/0442

gerätes verstanden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei das -Ventil 25 von einem einzigen elektrischen Signal in leitung 12 beeinflußt wird, daß sowohl eine statische Korrekturkomponente, als auch eine dynamische Korrekturkomponente enthält, bewirkt die Spindel 33 ihre dynamische Korrektur durch Ausschläge aus einer Hull- oder Gleichgewichtslage , die nicht mit der in Pig. gezeigten Spindelstellung übereinstimmt, und zwar führt die Spindel 33 dynamische Korrekturen durch Ausschläge aus einer A Hull-,, oder Gleichgewichtslage aus, die der aufgrund eines statischen Korrektursignales eingenommenen außermittigen Spindelstellung entspricht. Es hat sich gezeigt, daß, wenn die dynamische ITuIl- oder Gleichgewichtsstellung der Spindel, d.h. die 2TuIl- oder Gleichgewichtslage für Bewegungen der Spindel aufgrund der dynamischen Komponenten eines Fehlersignales von der in Fig. 1 gezeigten Hittellage abweicht, die Strömungscharakteristik des.Ventils verzerrt ist. Eine derartige Verzerrung verursacht das Auftreten nicht-linearer dynamischer Korrekturanteile in der Regelschleife, d.h. eine nicht-lineare Beziehung zwischen der dynamischen Werkzeugführungsbewegung und den dynamischen Komponenten des Korrektursignales.

Im Gpgensatz dazu hat bei dem in Fig. 2 dargestellten System mit zwei getrennten Ventilen 170 und 130 für die statische bzw. dynamische Korrektur-Charakteristik die Spindel 133 des Ventils 130 für die dynamische Korrektur eine N^-UlI- oder Gleich-

-37-109835/0442

EAO ORIGINAL

gewichtslage, die nicht außermittig liegt, sondern mittig, wie Fig. 2 zeigt. Dies wird dadurch bewirkt, daß das Ventil 130 nur die dynamischen Korrekturen ausführt, während das Ventil 170 die stati sehen Korrekturen steuert. Da das Ventil 130 nur auf dynamischer Basis korrigiert, hat die Spindel 133 des Werkzeugführungsgerätes 111 seine Hull- oder Gleichgewichtslage in der in Fig . 2 gezeigten Mittellage. Infolgedessen treten keine Verzerrungen in der Strömungscharakteristik und als Folge davon nicht-lineare Beziehungen wie bei der exzentrischen ITuIl- oder Gleichgewichtslage der Spindel 33 des Werkzeugführungsgerätes 26 auf.

Die Arbeitsweise des Werkzeugftihrungsgerätes 111 von _tFig.2 ist also insbesondere im Bereich der hohen Frequenzen gegenüber der des Werkzeugführungsgerätes 11 von Fig. 1 verbessert. Diese Verbesserung wurde erzielt durch Trennung der statischen und der dynamischen Korrekturkomponenten voneinander indem vom Differentialverstärker abgegebenen Fehlersignal und Vorsehen getrennter Spindelventile für die Steuerung der Stellung des Werkzeuges 113 zum Werkstück 116 aufgrund der statischen bzw. dynamischen Korrektursignale. Dadurch wird erreicht, daß das dynamische Spindelventil bei seiner Null- oder Gleichgewichtslage sich in seiner Mittellage befindet und eine Strömungscharakteristik aufweist, die nicht durch die für die Spindel 33 in Fig. 1 typische außermittige Null- oder Gleichgewichtslage verzerrt ist. . Das erfindungsgemäße Vibrationsausgleichsgerät kann auch

-38-109835/0AA2 bad original

für andere 'Werkzeugmaschinen als für Drehmaschinen verwendet v/erden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Vibrationsausgleichsgerät für Schleifmaschinen der in Fig. 4 und 4a gezeigten Bauart verwendet werden. Eine Schleifmaschine, die durch Einbau des erfindungsgenäßen Vibrationsausgleichsgerätes abgewandelt ist, v/eist in einer bevorzugten Ausführung eine in dem Lager 200 laufende, von einem Motor angetriebene Welle auf. Auf dem Ende der Welle 201 ist eine Schleifscheibe 213 befestigt, und greift an dem zwischen Spitzen 217 gelagerten ^T.;erkst"ck 216 an. Das Lager 200 weist an seinen beiden Enden Pcsitionierungs-Ausnehmungen 204 und 205 auf. Jede dieser Ausnehmungen besteht aus oberen und unteren Kammern 206 und 207 bzw. 208 und 209. Die oberen Kammern 206 und 207 sind gemeinsam mit einer der beiden Leitungen 49 und 50 des Ventils 11 von Fig. verbunden, während die unteren Kammern 208 und 209 mit der anderen der beiden leitungen 49 und 50 verbunden sind. Diese Anordnung der Verbindungen mit d,en Kammern bewirkt, daß die Relativbewegungen zwischen Y.'elle 201 und Werkstück216 in einer solchen Y.'eise stattfinden, daß die Achsen der Welle 201 und des Werkstückes im wesentlichen parallel zu einander bleiben.

Unter der Annahme , daß die Kammern 206 und 207 mit Leitung 49 und die Kammern 208 und 209 mit Leitung 50 verbunden sind, funktionieren die Kammern 206 und 207 in bezug auf die Welle 201 in der gleichen Weise wie die Kammer 47 in bezug auf den

-39-

109835/0442

Zolben 45 (Fig. 1). Ebenso funktionieren die Kammern 208 und 209 in "bezug auf die Welle 201 in der gleichen V/eise wie die Kammer 48 in bezug auf den Kolben 45· Wenn also Druckflüssigkeit aus Leitung 49 in die Kammern 206 und 207 gelangt und über Leitung 50 aus den Kammern 208 und 209 austritt, so wird dadurch die Welle 201 nach unten und somit die ScUbifscheibe 213 auf das Werkstück 216 zu bewegt. Ebenso bewirkt der Eintritt von Druckflüssigkeit aus Leitung 50 in die Kanimerri 208 und 209 in Verbindung mit dem Austritt der Flüssigkeit durch Leitung 49 aus den Kammern 206 und 207 die Verlagerung der Welle 201 nach oben , so daß die Schleifscheibe 213 gegenüber dem Werkstück 216 abgehoben wird. In Übereinstimnung mit der allgemeine Technik der Wellenlagerung sind geeignete nachgiebige Wellendichtungen vorgesehen, die in Fig. 4 schematisch angedeutet und mit den Bezugszeichen 210 versehen sind. Diese Dichtungen gestatten eine gewisse Relativbewegung zwischen Welle und Lager ohne Verlust an Druckflüssigkeit.

Der auf dem Lager 200 befestigte Übertrager 214

funktioniert in bezug auf ,das Werkstück 216 in der gleichen V/eise wie die Übertrager 14 und 114 in bezug auf die Werkstücke 16 bzw. 116. Der Übertrager 214 liefert also Eingangesignale in Abhängigkeit von der tatsächlichen Spantiefe an einen Differentialverstärker, ebenso wie es bei dem Verstärker 19 der Regelschleife 11 von Fig.

-40-

109835/0442

der Fall ist. Dies ermöglicht einen Vergleich zwischen der wirklichen und der gewünschten Spantiefe und ein daraufhin erzeugtes Fehlers'ignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe. Dieses Fehlersigns.! oewirlct dann die Bewegung eines dem in Fig. 1 gezeigter. ".";.n".ich3:i Yentiies zur Steuerung des Zu- "bzw. Abflusses vor. Druckflüssigkeit durch die Leitungen 49 und 50 u:id somi·; :_.■ "-ige'-'örrinderur.g der Welle 201 mit der Schleifscheibe 213 'J-JsIf.: ι ν z-.im "Werkstück 216, entsprechend de:.". .: "rj'c^drv'.ich..:.. v.>,-/".ei. - vr·;. Vibrationen der Schleifscheibe 2'3 und /eier ^ ".arki ü"clcc3 216 .

Als Alternativlösung kann die Ausgleichsbewegur._w _ = -.; £jhl3 if scheibe 213 in bezug auf das Werkstück 216 a^ch ;rr-aic'iu . jrdeii durch statische und dynamische Signale aus den I^ifferentiialvirs-i-rksr . Die statischen und dynamischen Korrektur signale 1-Jnnöii dann benutzt werden, um getrennte Ventile für eine un- -jhängige Steuerung der Druckflüssigkeit in den Kammern 2OS v.::._ 209 bzw. 208 und 207 anzusteuern. 3ei dieser Arbeitsweise "_- die dynamische Ausgleichsbewegung der Schleifscheibe 212 c^.c . die Steuerung der Flüssigkeit in den Kammern 203 und 207 über das dynamische Ventil und aufgrund des dynamischen Korrektursignals bewirkt. Ebenso wird die statische Ausgleichsbewegung der Schleifscheibe 213 durch die Steuerung der Flüssigkeit in den Kammern 206 und 209 über ein von den statischen Korrektursignalen angesteuertes statisches Ventil bewirkt.

-41-

109835/0A42

Die Unterteilung des Ausgangesignales des Differentialverstärkers in statische und dynamische Komponenten·ergibt aen o"3en angeführten Vorteil, nämlich die Vermeidung von Durchflußverzerrungen im Hochfrequenzbereich und damit einer nicht-linearen Charakteristik .

Das erfindungsgemä3e Vibrationsausgleichsgerät kann auch in Verbindung mit einer Fräsmaschine des in ?ig. 5 und 5a dargestellten Typs verwendet werden. Um das erfindungsgemäße Vibrationsausgleichsgerät in eine solche Fräsmaschine einbauen zu können, muß diese abgeändert werden. Dabei weist die Maschine vorzugsweise eine in dem Lager 300 rotierende Welle 301 auf, an deren Ende ein Fräser 313 befestigt ist, der an dem Werkstück 316 im Schnitt steht. Zwischen ihren beiden Lagerstell-en weist die Welle 301 einen kolbenartigen Bund 303 auf, durch den eine Bohrung 302 in zwei Kammern 304 und 305 mit veränderlichem Volumen verteilt wird. Die Kammern 304 und 305 sind mit den Leitungen 49Z bzw. 5OZ verbunden.

Innerhalb des Lagers 300 sind ferner In zueinander senkrechter Anordnung zwei Paare von Positionierungskamraern um die Welle herum vorgesehen. Das eine dieser Kammerpaare besteht aus einer oberen Kammer 306 und ©lner unteren Kammer 307, während das andere Kammerpaar, wie Flg. 5a andeutet, aus einer linken Kammer 308 und einer rechten Kammer 309 besteht. In Übereinstimmung mit der allgemein bekannten Technik der Wellenlagerung sind geeignete nachgiebige Dichtungen - in Flg. 5 schematisch

-42-109835/04*2 bad or;_G/Nal

TTiLt der. TLc-^ugozeichen 310 versehen - vorgesehen, um eine gewisse Relativbewegung zwischen V,^relle und Lagerung zuzulassen, ohne da.; Druckflüssigkeit verlorengeht.

Auf den Lager 30Π sind drei (nicht gezeigte) Übertrager für die ,ieweilige Präserstellung vorgesehen (nicht gezeichnet), die im folgenden nit X-, Y- und Z-übertrager bezeichnet sind. Diese X-, Y- und Z-übertrager sind an geeigneten Stellen befestigt, uni über drei elektrische Signale die tatsächliche Spantiefe zwischen ?räser 313 und Werkstück 316 in der X-, Y- bzw. Z-Richtung m zu. übertragen.

Die Kairoern 306 und 307 sind über die Leitungen 49X und 50X mit einem Ventil der in Pig. 1 gezeigten Porn verbunden ixnd funktionieren in Verbindung nit dem auf den Lager 300 montierten X-i'bertrager, un die X-Kompcnenten der Spantiefe des Präsers 31? ar: 'Werkstück 316 auf ihren gewünschten V.'ert zu halten. In einzelner, vergleicht dabei ein Differentialverstärker das Ausgangssign-1 des X-Ubertragers nit einen der X-Kcnponente der gewünschten Snantiefe entsprechenden Signal und erzeugt dabei

1 ein X-Pehlersignal, das der Abweichung zwischen wirklicher und ~ gewünschter Spantiefe in der X-Itichtung entspricht. Dieses X-?ehlersignal betätigt das X-Ventil für den Zu- bzw. Abflu3 von Druckflüssigkeit aus den Kaniuern 306 und 307 durch die Leitungen 49 X und 50 X , wie es erforderlich ist, um die Welle 301 und damit den Präser 313 relativ zum Werkstück 316 zu verschieben und dadurch den Präser 313 auf die X-Komponente der

-43-109835/0442

gewünschten Spantiefe zurückzuführen.

In der gleichen V/eise sind die Kammern 308 und 309 über die Leitungen 49Y und 50Y mit einem zweiten oder Y-Ventil des in Fig. 1 dargestellten Typs verbunden. Das Ausgangssignal des auf dem Lager 300 befestigten Y-Übertragers bewirkt in Verbindung mit einem der Y-Komponente der gewünschten Spantiefe entsprechenden Vergleichssignal die Betätigung des Y-Ventils in der Richtung, wie es notwendig ist, um den Präser 313 bei der Y-Komponente der gewünschten Spantiefe zu halten. Dabei wird Druckflüssigkeit durch die Leitungen 49Y und 5OY den Kammern 308 und 309 zugeführt oder abgeführt, entsprechend dem Y-?ehlersignal, das von einem Y-Differentialverstärker aufgrund der Diffe-renz zwischen wirklicher und gewünschter Spantiefe in der Y-Richtung erzeugt wird, v/odurch der Präser 313 auf die Y-Komponente der gewünschten Spantiefe am Werkzeug 316 zurückgeführt wird.

In ähnlicher Weise sind die Kammern 304 und 305 über die Leitungen 49 Z und 50 Z mit einem dritten oder Z-Ventil des in Fig. 1 dargestellten Typs verbunden. Das Z-Ventil wird von einem im Z-Differentialverstärker aufgrund der Differenz zwischen dem Ausgang des Z-Übertragers auf dem Lager 300 und der Z-Komponente der gewünschten Spantiefe erzeugten Z-Pehlersignal angesteuert und regelt den Zu- und Abfluß von Druckflüssigkeit bei den Kammern 304 und 305, wodurch der kolbenförmige Bund 303 und damit der

-44-109835/0442

ORlGfMAL

Fräser relativ zum Werkstück 316 wie gewünscht verschoben wird, um den Präser 313 auf die gewünschte Spantiefe in der Z-Richtung zurückzuführen.

Auf diese W_pise kann also die Punktion des erfindungsgemäSen Vibrationsausgleichsgerätes verdoppelt oder verdreifacht v/erden, um ein Werkzeug gleichzeitig in zwei bzw. drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen zu bewegen. Dadurch wird es möglich, Vibrationen auch bei solchen Maschinen zu vermeiden, bei denen die Schneidwerkzeuge mehrere Freiheitsgrade haben. Im Rahmen der Erfindung lassen sich noch zahlreiche Änderungen und Abwandlungen gegenüber den vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen treffen. Beispielsweise kann das Vibrationsausgleichsgerät anstelle des Werkzeuges das Werkstück oder auch sowohl das Werkzeug wie das Werkstück bewegen, um die gewünschte Spantiefe beizubehalten bzw. wiederherzustellen. Bei den Ausführungsformen nach Pigur 4 und 5 kann auch die Lagerbauart zur Verlagerung der Welle mit dem darauf sitzenden Präser in ähnlicher Weise als Wellenlagerung für die das Werkstück führenden Körperspitzen verwendet werden, um so das Werkstück zu verlagern.

Ferner ist es möglich, die geschlossene Regelschleife des erfindungsgemäßen Vibrationsausgleichsgerätes zu stabilisieren und die Ansprechcharakteristik zu verstärken, indem die zeitliche Änderung

-45-

109835/0442

D-M- CTvCi.-JAL

Hb

des Ausgangssignales des Übertragers für die Werkzeugstellung dazu . verv/endet wird, den Werkzeughalter relativ zum V/erk stück zu verschieben. Alternativ kann auch ein von der /.naerurigsgeschwindigkeit der Spantiefe abhängendes Signal für die Verschiebung des Werkzeuges relativ zum V/erkstück erzeugt v/erden, in-den ein Geschwindigkeitsübertrager mit deni V/erkzeug beweglich montiert wird. In dieser V/eise, d.h. durch Abtasten der Geschwindigkeit des V/erkzeuges gegenüber den V/erkstück in der Schnittrichtung kann unmittelbar ein der Abweichungsänderung in der Zeiteinheit zugehöriges Steuersignal erzeugt v/erden. Ebenso ist es möglich, ein Korrektur signal für die Uerkzeugstellung in Abhängigkeit von der Änderung der Spantiefe in der Zeiteinheit zu erzeugen, wenn ein Beschleunigungsübertrager nit den Werkzeug beweglich angebracht wird, dessen Ausgang inte- , griert wird, wodurch ein der Geschwindigkeit und somit der änderung der Spantiefe in der Zeiteinheit entsprechendes Signal erzeugt wird.

In Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung der verschiedensten Vorrichtungen für die Bestimmung der Spantiefe. Beispielsweise kann die Spantiefe fortlaufend durch Anwendung von einer auf Ultraschall, optischen oder elektrischen "bzw. magnetischen Grundlagen beruhenden Meßtechnik oder in ähnlicher V.'eise abgeta-stet werden. Ein bevorzugtes System der Spantiefennessung ist das mit einer auf der Änderung des magnetischen Widerstandes beruhenden Sonde, z.B. der Bently-Sonde, die

-46-109835/0ΛΑ2 ■__

BAD ORIGINAL

zv;ecl:.T/" ?ig se eingestellt wird, daß bei der Spantiefe Full aas .-usgangssignal ΙΓιιΙΙ ist.

Es wird auch für ic Prahmen der Erfindung liegend gehalten, die V.'erkseugführung nach einen anderen als dein hydraulischen Oyster, vorzunehmen. Beispielsweise ist es möglich, das Werkzeug auf einer: magneto-striktiven material zu "befestigen. Die Stellung des Werkzeuges wird dann durch Änderung eines Magnetfeldes beeinflußt, entsprechend den bekannten Grundlagen bein Arbeiten mit magneto-striktiven Katerialien. Ähnliche Ergebnisse können auch mit elektrischen Feldern erzielt v/erden, Inder» pieceelektrische Kristalle, wie z.3. Rochelle-Salz ver- \';erAet werde::.

7erner kann in_Rahmen der Erfindung vergesehen sein, da.3 die Servo-Hegelschleife nach dem Analogieprinzip ausgeführt ist, und dai in die Regelschleife ein Kontroller eingeschaltet v.-ird zun Zwecke der Einführung von Signalverstellung und Kcmpensaxicn, wie es erwünscht ist zur Durchführung von Aufgaben wie Integral- oder proportionaler Differentialsteuerung und ähnliches.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung,die Servo-Regelschleife mit. einer üblichen digitalen Steuerung auszustatten, um die durch das Abtasten der Stellung des Werkzeuges relativ zum Werkstück an deren Grenzflächen gewonnene Information zu verarbeiten und daraus das für die Änderung der Stellung des

—4.7—

109835/0442

^c^· er;::;^:al

-4fr-

Werkzeuges zum Werkstück erforderliche Korrektursignal zu erzeugen, wie es zur Unterdrückung von Vibrationsbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich sein kann.

-Ansprüche-

109835/0442

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Vermeidung unerwünschter Abweichungen von einer bestimmten Spantiefe bei Werkzeugmaschinen, insbesondere von durch^Vibrationen.des Werkzeuges und/ oder Werkstückes hervorgerufenen Abweichungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Abweichung von der der bestimmten Sp antief e entsprechenden Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander oder einer mathematischen, den zeitlichen Ablauf dieser Abweichung berücksichtigenden Ableitung proportionales Signal erzeugt und zur Rückführung der Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander in die der bestimmten Spantiefe entsprechende Stellung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal mit einem festgelegten Wert verglichen und durch diesen Vergleich ein der Differenz zwischen dem durch die jeweilige Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander erzeugten Signal und dem festgelegten Wert proportionales Korrektursignal erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge!-3nnzeichnet_T daß in dem Signal die höherfrequenten Komponenten und die niederfrequenten Komponenten voneinander getrennt werden, wobei die niederfrequenten Komponenten verwendet werden, um Werkzeug und Werkstück zueinander gegenüber den durch die längerfristigen Einflüsse, wie Maschinendeformation, Werkzeugversohleiß und Ähnliches verursachten Stellungsabweichungen in die der bestimmmten Spantiefe

109835/0443 - ^A2 -

BAD OHiGiNAL

- vt -

$0

entsprechende Stellung zurückzuführen, während die höherfrequenten Komponenten verwendet werden, un Werkzeug und Werkstück zueinander gegenüber den durch Vibrationen von Werkzeug und/oder Werkstück verursachten Stellungsabv/eichungen in die der bestimmten Spantiefe entsprechende Stellung zurückzuführen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da? ein gastelement zum Abtasten der jeweiligen Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander bzw. der Geschwindigkeit uni Beschleunigung, mit der sich diese Stellung ändert, und z:.:. IDrzeugen eines von diesen Änderungen beeinflußten Signales vorgesehen ist, daß zum Vergleich dieses Signales rait einen konstanten Signal und Erzeugen eines Korrektursignales aufgmä dieses Vergleiches ein Differential verstärker vorgesehen ist, und daß eine auf dem Korrektursignal ansprechende Servobetätigungsvorrichtung für die Zurückführung der Stellung von Werkzeug und Werkstück zueinander in die der bestimmten Spantiefe entsprechende Stellung und damit für die Einhaltung dieser Stellung unabhängig von auf Werkzeug und/oder Werkstück einwirken den Kräften vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet^ daß in der vom Differentialverstärker ausgehenden Leitung für das Korrektursignal Frequenzfilter zur, Aufspaltung

- A3 -109835/0442 _BAD

öcG Ί'. ^rrektursi^nriles ir- seine hochfrequenten und niederere./vierten !!Opponenten vorgesehen sind.

o. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daS eis εerveoetätigungsvorrichtung zur Zurückführung der Stellung von '/'erh-seug tnd "er~:stüe> zuetander zwei Betätigungseinheiter, aufweist, von denen die, eine nit den Filter für hochfrequente Komponenten des Zorrektursignals und die andere ::.it der. Filter für niederfrequente Komponenten des I'orrektursi^nals verbunden ist.

r-I *^r>v»-ii λ"*— ■ '* V -,--"' " V! Ο"·Λ"*»ΤΪ Γ* V / ^ *-! ^ - ■ -V» *% V Γ pVfi ν· V* Γ> ft ¹^ Λ*Λ -/ι λ +

c.ai? ;'3ce 3c-j^-i^ur^seinheit aus einem über ein Spindelveri-uil _o:esveuerten Hvdr^ulil'zylinder "besteht, wo'oei für die ^ctüti^unr ,-edes Ventils r.it dessen Spindel eine nit den Differer.ti^lrerstäri-er ~bz\:. einen der ?requenzf ilter leitend verbundene Vorrichtung zur "oertragung elektri-

£. Vorrichtung nach Anspruch 4, da durch ^e '.-rer.nz e i ohne t, daß die "beider. Hydraulikzylinder für die Zurückführung der Stellung vor. Werkzeug und Yerkstück zueinander gegenüber hochfrequenten "bzw. niederfrequenten Abweichungen gleichachsig nit einer die Kolben "beider Zylinder verbindenden Korbenstange angeordnet sind, wooei der van den hochfrequenten Konponenten des Korrektursignals "beienflußte Zylinder doppeltwirkend, der von den niederfrequenten Komponenten Deienflu3te Zylinder dagegen einfach-wirkend ausgebildet ist.

109835/0442

B,,O ORIGINAL

Leerseite