DE1890055U

DE1890055U - Ueberwachungsvorrichtung fuer werkzeugmaschinen.

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Publication number: DE1890055U
Application number: DEC11171U
Authority: DE
Original assignee: Cross Co
Current assignee: Cross Co
Priority date: 1963-04-04
Filing date: 1963-12-03
Publication date: 1964-03-26
Also published as: US3208311A

Description

ö 11 17i/49a Gbm ■» ^he Gross Company, Eraser, Michigan

(Vereinigte Staaten von Amerika)

'überwachungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen

Die Feuerung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen zur Feststellung gebrochener oder unrichtig eingesetzter Werkzeuge. Sie hat ihre besondere Bedeutung bei Bearbeitungsmaschinen mit einer "Vielzahl von Arbeitsstationen.

Die sofortige Feststellung eines gebrochenen Werkzeuges oder eines Werkzeuges, z.B. eines Bohrers, der zu kurz eingespannt ist, ist außerordentlich wichtig, vor allem bei einer Vielzahl von Arbeitsstationen, die häufig nur von einem oder zwei Bedienungsleuten bedient werden und bei denen viele, wenn nicht die meisten Bearbeitungsstationen so weit entfernt vom normalen Standplatz des Bedienungspersonals sind, daß dieses nicht dauernd die Werkzeuge im Auge behalten kann. Das typische Beispiel einer solchen Anlage ist die transferstraße, wie sie bei großen Produktionsleistungen häufig verwendet wird. Hierbei werden die Werkstücke selbsttätig durch Iransporteinrichtungen von

ί:·'"·<-^?': ^{r :}-r. ?':;tir!ag; {iasc'ireifcung und Schufzanspr.) ist die zuletzt eingereichte; sie weicht von dsrWbrt* .-·*"'- 2 '-'■"-'■·^!-"- ;·■ "■: j':c-, n^!:v-»rcfchfsEi Unterlagen ab. Dia rechtliche Bedeutung dgr Abweichung ist nicht geprüft, iv.:.-'·;:« "...-j'.', )'-.''■'·.^::,^-j\c:^-zn ünioilagsn bofinäsn sich in den Amisakfon. Sis können \zi-yrr.~ii c'raa Nsrh'/veis ijö rt:.'.:■:!J;...ι:.._.^;,;; ^. b"h. jnfrsi oingsseiien werden. Auf Antrag wij.'di.i hrc.rcn α"θΐ r^.'ckopiin odec gativö iu den üb!iJ.:.ii F,«i;an gsiiofgrts Peuisehss Ρώί·^ι«ΰίϊΐί, G;L-i-u;!;--..Ta3i3reisH%i

einer Station zur anderen bewegt, wobei an ihnen verschiedenartige Sohneid- oder andere Bearbeitungsvorgänge während ihres Weges von Station zu Station ausgeführt werden» Zum Beispiel müssen Bohrungen, die in einer Station hergestellt sind, auf dem Wege des Werkzeuges duroh die darauffolgenden Stationen geräumt, abgephast und gesenkt werden. Wenn einer der Bohrer in der ersten Station gebrochen oder zu kurz eingestellt ist und dieser Fehler nicht sofort entdeckt wird, so ist die Bohrung, die der Bohrer herstellen sollte, überhaupt nicht oder zu kurz gebohrt. Wenn sich dann das Werkstück zu den folgenden Stationen bewegt, so brechen die Werkzeuge zum Bäumen, Abphasen und Senken, die die in die Bohrung eingeführt werden sollen, ab oder werden beschädigt. Häufig ist aber der Schaden nicht auf die Yiferkzeuge allein beschränkt, sondern er erstreckt sich auch auf die das Werkzeug haltenden und betätigenden Maschinenteile. Das führt dazu, daß eine Anzahl von Werkstücken Ausschuß wird und die Stelleinrichtungen schwer beschädigt werden können. Darüber hinaus kann, wenn es sich um ein Schlusseiprodukt handelt, der Fertigungsplan einer ganzen Fabrik unterbrochen werden, bis die nötigen Reparaturen ausgeführt sind.

Zur Lösung der sich hieraus ergebenden Probleme gibt es bereits eine Eeihe von Vorsehlägen. So ist beispielsweise (USA He 24 491) ein Gerät zur Programmierung des Y/erkzeugwechsels in einer Werkzeugmaschine der in Frage stehenden

Art vorgesolilagen worden, so daß die Möglichkeit eines Werkzeugbruches wegen zu langer Benutzungsdauer des Werkzeuges oder zu großer Stumpfheit stark verringert ist. Aber dieses Gerät kann nicht ein falsch eingestelltes oder gebrochenes Werkzeug feststellen oder den Bedienungsmann auf die Tatsache eines Werkzeugbruches aufmerksam machen.

Bach einem anderen Vorschlag (USA 2 978 689) ist jeder Werkzeugspindel ein Übertrager zugeordnet, um den Betrag des Schubes zu messen, der vom Werkzeug gegen das Werkstück ausgeübt wird. Mit dem Übertrager ist ein elektrisches Gerät verbunden, das die Höhe des Schubes überwacht und die Maschine abschaltet oder in anderer Weise deren Betrieb steuert, wenn der Schub so hoch angestiegen ist, daß hieraus eine Anzeige für das Stumpfwerden des Y/erkzeuges und für die lotwendigkeit einer Auswechslung abgeleitet werden kann. Dieses G-erät aber erfordert es, daß die elektrische Ausrüstung in jedem Augenblick unterscheidet zwischen dem von einem Werkzeug ausgeübten Schub, wenn es genügend scharf ist, und dem vom Werkzeug ausgeübten Schub, wenn es so stumpf geworden ist, daß es ausgewechselt werden muß. Außerdem ist es erforderlich, daß die Ausrüstung nicht auf anders wechselnde Bedingungen als auf die Werkzeugschärfe anspricht, Bedingungen, die den Schub des Werkzeuges gegen das Werkstück beeinflussen können, beispielsweise einzelne harte Stellen im Werkstück selbst. Es war schwierig, ein Gerät von hinreichender Empfindlichkeit zu entwickeln, das lediglich auf Änderungen der Werkzeugschärfe anspricht.

lach einer anderen lösung (USA-Patentschrift 3 025 728) sind Fühlerspulen auf der Platte der Bohrlehre oder sonst in der Uähe des Werkstückes angeordnet, durch welche die Werkzeuge bei ihrer Bewegung auf das Werkstück zu und vom Werkstück weg hindurchgehen. Es ergaben sich aber Komplikationen aus der Notwendigkeit, die Spulen in der ITähe der Bearbeitungsstelle anzubringen, und neue Probleme daraus, daß die Spulen und andere Seile des Gerätes durch Metallteile beschädigt werden können, die während des Schneidvorganges vom Werkstück abgelöst werden.

Wenngleich die erwähnten G-eräte praktisch verwertbar sind und zum Teil sehr erfolgreich eingesetzt wurden, haben sie doch gewisse Unzuträglichkeiten, die ihre endgültige

ig
Brauchbarkeit beeintraclrtyen. Is besteht das Bedürfnis, nach einem G-erät, das dem gleichen Zweck dient, aber die erwähnten Störungsmöglichkeiten und Nachteile nicht aufweist.

Durch die Feuerung wird eine Überwachungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen geschaffen, die ein gebrochenes Werkzeug oder ein zu kurz eingestelltes Werkzeug feststellt und sofort nach Feststellung einer dieser Betriebsbedingungen ein elektrisches Signal auslöst, etwa eine Warnlampe aufleuchten läßt, um den Bedienungsmann aufmerksam zu machen, oder mechanische "Vorgänge auslöst, beispielsweise das Stillsetzen der Maschine.

Bei dem neuen Gerät wird an die elektrische Ausrüstung nicht die förderung gestellt, daß es auf eng zusammenliegende Veränderungen in den Betriebsbedingungen anspricht oder zwischen ihnen unterscheidet. Außerdem ist das !Fühlelement im Gebrauch, nicht der Beschädigung oder der Abnut zung unt erw or£ en.

Die Heuerung geht von einer Bearbeitungsmaschine mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen aus, in denen ein Werkzeugsupport zum Torschub und Rückzug vom Werkstück betätigt wird, wobei mit dem Support eine Sühleinrichtung vereinigt ist, die ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der durch das Werkzeug auf das Werkstück ausgeübten Kraft abgibt. Gemäß der !Teuerung ist ein einen Schalter steuernder Fühler vorgesehen, der bei nicht vorhandenem oder zu kurz eingestelltem Werkzeug die Herstellung eines Steuerstromkreises für den Maschinenantrieb verhindert, und außerdem ein vom Support steuerbarer Schalter in dem vom Fühler überwachten Stromkreis. Torzugsweise ist mindestens ein Präsenzschalter· im elektrischen Stromkreis vorgesehen, der geschlossen werden kann, um das Vorhandensein

eines Werkstückes in der Arbeitsstation anzuzeigen und in der geschlossenen Stellung wirksam wird, um die Betriebsbedingung für normalen Arbeitsgang herzustellen, während er geöffnet ist, wenn kein Werkstück vorhanden ist, um hierdurch den elektrischen Stromkreis und den normalen Arbeitsgang zu unterbrechen, line besonders einfache und wirksame Konstruktion ergibt sich, wenn die Schalter als normalerweise offene Schalter in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Schalter und einem Heiais zur Verhinderung des normalen Arbeitsganges liegen, wobei der normalerweise geschlossene Schalter in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal der kühleinrichtung betätigt werden kann.

Die Heuerung sei an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Ss zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer typischen Bearbeitungsstation einer Werkzeugmaschine, bei der das überwachungsgerät angewendet werden kann. Is ist hieraus insbesondere zu erkennen, wie die !eile des Gerätes angeordnet und in die Maschine eingoJLiedert sind;

Figur 2 in vergrößertem Maßstab den in Figur 1 mit einem Kreis umschlossenen Teil, teilweise im Schnitt j

Figur 3 ein Schaltbild des Überwachungsgerätes.

In Figur 1 ist lediglich eine Bearbeitungsstation gezeigt, dooh hat, wie erwähnt, die Steuerung "besondere Bedeutung, bei großen Maschinen mit einer Vielzahl von Arbeitsstationen, in der die Schneidwerkzeuge so zahlreich und so verteilt angeordnet sind, daß der Bedienungsniann nicht dauernd alle Werkzeuge im Auge behalten und ihren Zustand beobachten kann. Die Gesamtheit der Betriebsbedingungen wird normalerweise in allen Arbeitsstationen vorliegen, soweit die !Teuerung in Präge kommt, so daß auch die verschiedenen Komponenten des Überwachungsgerätes in gleicher oder analoger Weise dem Werkstück und den Arbeitsteilen der Maschine zugeordnet werden können.

Die Bearbeitungsstation weist eine Grundplatte 10 mit einem Support 12 auf, auf dem der Sattel 14 eines Werkzeugkopfes 16 gleitbar aufgesetzt ist. Auf die Grundplatte 10 ist weiter ein Support 18 für ein Werkstück 20 aufgesetzt, um das Werkstück in die richtige lage gegenüber dem Werkzeug einzustellen, das hier in Form eines Bohrers 22 dargestellt ist. Man erkennt schon hieraus, daß Maschinen dieser Art zahlreiche verschiedene Arbeitsgänge an Werkstücken verschiedener Gestaltung durchführen können. Infolgedessen können die Abmessungen und die Gestalt des Supports 18 je nach Größe und Gestalt des Werkstückes wechseln. Das gleiche gilt für das Werkzeug. Im Falle des Ausführungsbeispieles wird das Werkstück 20 in bekannter Weise zur Station transportiert und auf dem Support abgesetzt. Die Maschinen

sind üblicherweise so eingerichtet, daß das Werkstück eine bestimmte lage gegenüber dem Werkzeug 22 einnimmt und in dieser lage während der Betätigung eingespannt bleibt. lach dem Einlegen und festspannen wird der Kopf 16 zum Angriff des Werkzeuges 22 am Werkstück 20 verschoben. Uach Durchführen des Bearbeitungsvorganges wird das Werkzeug zurückgezogen, bis es außer Eingriff kommt. Das Werkstück 20 wird dann entweder zur nächsten Station transportiert oder aus der Maschine herausgenommen. Die zum transport des Werkstückes, zum Einrichten, und Festspannen und zur Betätigung des Kopfes dienenden linrichtungsteile sind nicht dargestellt.

Das Überwachungsgerät enthält einen übertrager 24 (Figur 2), der an einer Stelle des Kopfes 16 eingebaut ist, in der er den beim Angriff des Werkzeuges 22 am Werkstück 20 auftretenden Drücken ausgesetzt ist. Im Falle des Beispiels ist der "Übertrager 24 unmittelbar hinter dem vorderen Spindellager 26 des Kopfes 16 eingebaut, das ein kombiniertes Axial- und Eadiallager ist. Die Spindel 28 ist außerdem am rückwärtigen Inde des Kopfes 16 gelagert und wird in üblicher Weise von einem Elektromotor angetrieben. Am vorderen Snde der Spindel 28 befindet sind ein Spannfetter 30 zur Aufnahme des Bohrers 22.

Die Bohrung 32 im Werkzeugkopf 16, durch welche sich die Spindel 28 erstreckt, ist zur Aufnahme des Übertragers 24 und des Spindellagers 26 erweitert. Der übertrager 24 legt

sich rückwärts gegen eine radiale Schulter 34 der Erweiterung 36, wobei der Außenring 38 des Lagers 26 sich rückwärts gegen den Übertrager 24 anlegt. Weiter legt sich die Spindel 28 mit einer nach rückwärts gerichteten Schulter gegen den Innenring 42 des Lagers 26. Me Spindel 28 kann sich also frei im Kopf 16 drehen. Wenn der Bohrer 22 zur Anlage am. Werkstück 20 kommt, wird der auf die Spindel 28 ausgeübte Schub über das Lager 26 auf den übertrager 24 übertragen, der hierdurch zusammengedrückt wird und einen elektrischen Impuls oder ein Signal abgibt, das auf das Überwachungsgerät über die Leitung 44 übertragen wird. Me Verbindung zwischen Übertrager und überwachungsgerät kann in beliebiger Weise ausgeführt sein, jedoch ist die Yerbindung nach der deutschen Patentanmeldung G 31 282 besonders günstig. Das Lager 26 wird vorn in der Erweiterung 36 des \?erkzeugkopfes 16 durch einen Ring 46 gehalten. Zwischen diesen Eing und die Spindel ist eine Dichtung 48 eingebaut.

l'igur 3 zeigt eine Schaltung, die auf einen Impuls oder ein Signal des Übertragers 24 anspricht und den Werkzeugkopf 16 sofort vom Werkstück 20 zurückzieht, sofern das Werkzeug abgebrochen oder zu kurz eingestellt ist. Die Spannung des letzes 50 wird auf die Primärwicklung 52 eines Transformators 54 gegeben, während die Spannung der Sekundärwicklung 56 über Widerstand 58, Gleichrichter 60 und Kondensator 62 und außerdem über Gleichrichter 64 und Kondensator 66, die bei 68 geerdet sind, abgegeben wird. Die resultierende gleichgerichtete Spannung wird

an axe Kathode 70 der Triode 2) 1a über den Begrenzungswiderstand 72 und das Potentiometer 74 angelegt. Kathode 70 ist außerdem über den Widerstand 78 geerdet.

Die Ausgängsspannung des Übertragers 24 wird an das Steuergitter 82 der Triode T la über einen Widerstand 84 angelegt. Eine positive Spannung am Gitter läßt Strom zwischen der Kathode 70 und der Anode 86 fließen, die über die Diode VE 1, eine spannungsregelnde Kaltkathoden-Diode mit Gasentladung geerdet ist. Der G-itterkreis ist außerdem bei 76 über einen G-itterableitkondensator 88 und einen Widerstand 90 geerdet.

Wenn die triode T la freigegeben ist, wird eine positive Spannung vom Potentiometer 74 an das Gritter 92 einer zweiten Triode T Ib angelegt, so daß ein verstärkter Strom vom Spannungsregelkreis zwischen der Kathode 94 und der Anode 96 und durch das Steuerrelais GE 1 fließen kann, das ein Paar normalerweise geschlossener Kontakte CE 1-1 im Hauptsteuerkreis der Werkzeugmaschine aufweist.

Von dem Hauptsteuerkreis der Maschine ist der Einfachheit halber nur ein Seil dargestellt. Derartige Kreise werden sehr verschieden ausgeführt je nach Art und Größe der Maschine und der durchzuführenden Arbeitsgänge. Eine Besonderheit liegt indessen darin, daß der Hauptsteuerkreis ein Relais OR 2 aufweist, das, wenn es erregt ist, den Kopf 16 zurückzieht. In einer typischen Ausführung

wird der Kopf 16 durch einen hydraulischen Kraftantrieb mit einem durch eine Spule gesteuerten Ventil bewegt, wobei das Eelais OR 2 in üblicher Weise an die Spule angeschaltet ist, die das Ventil in die Rückzugstellung des Kopfes bringt. Außerdem ist der Steuerkreis der Maschine mit einem Schalter 98 ausgerüstet, der geschlossen ist, wenn sich ein Werkstück in der Maschine befindet. Der Schalter ist daher als "Präsenzschalter¹¹ bezeichnet. Er kann vom Bedienungsmann von Hand betätigt werden, wenn dieser einen !eil in der Maschine überprüft, oder er kann selbsttätig vom Werkstück selbst betätigt werden. Diese Anordnung ist in ligur 1 gezeigt.

Weiter ist mit dem Präsenzschalter 98, dem Relais OR 2 und dem Relaiskontakt GR 1-1 ein Schalter 100 in Reihe geschaltet, der am Support 12 unter dem Sattel 14 des Kopfes 16 angebaut ist und durch einen locken 102 am Sattel betätigt werden kann. Der Schalter ist entsprechend der Darstellung in 3?igur 3 normalerweise offen und ist so am Support 12 angebracht, daß ihn der Hocken 102 genau in dem Augenblick schließt, wenn das Werkzeug 22 - sofern es nicht gebrochen oder unrichtig eingesetzt ist - zum Angriff am Werkstück kommt.

Im Betrieb ist das Werkstück 20 entsprechend figur 1 auf dem Support gelagert und festgespannt, schließt den Schalter 98 und bereitet hierdurch den Hauptsteuerkreis der Maschine für normalen Betrieb vor. Is sei angenommen, der

Bedienungsmann habe den für solche Maschinen üblichen Startschalter geschlossen und hierdurch eine Bewegung des Kopfes 16 in Richtung auf das Werkstück 20 eingeleitet. In dem Augenblick, wo das richtig eingestellte Werkzeug 22 zur Anlage am Werkstück 20 kommt, legt sich der Nocken 102 am Schalter 100 an und schließt ihn. Bei dieser Betriebsbedingung stellt das Schließen des Schalters 100 keinen Stromkreis über das Heiais CR 2 zum Zurückziehen des Kopfes 16 her; jedoch wird, da das Werkzeug 22 gegen das Werkstück gedruckt wird, ein Schub auf den Übertragen 24 ausgeübt. Die vom Übertrager 24 aufgenommene mechanische Energie erzeugt eine elektrische Spannung am Übertrager, die ihrerseits die Triode I la freigibt, so daß ein Relaisstrom durch die Triode T Ib fließt. Das Relais OR 1 wird erregt, das die Kontakte OR 1-1 öffnet. Wie man sieht, verhindert ein Öffnen der Relaiskontakte OR 1-1 eine Erregung des Relais CR 2 selbst dann, wenn der Schalter 100 geschlossen ist. Infolgedessen setzt der Kopf 16 seine Vorwärtsbewegung fort, und der Bohrer 22 führt die vorgesehene Schneidarbeit am Werkstück 20 aus.

Wenn nuß das Schneidwerkzeug 22 beim vorangegangenen Arbeitszyklus abgebrochen oder zu kurz eingestellt war, so wird der 'übertrager 24 nicht zu dem gleichen Zeitpunkt erregt, in dem der Schalter 100 geschlossen ist. In diesem 3?all wird Relais CR 1 nicht erregt, und die Relaiskontakte CR 1-1 bleiben geschlossen. Bei diesem Betriebszustand erregt Schalter 100 unmittelbar Relais CR 2, das seinerseits sofort

den Kopf 16 zurückzieht. Man erkennt weiter, daß der Kopf auch, dann unmittelbar zurückkehrt, wenn der Bohrer nicht das Vorhandensein eines Y/erkstückes feststellt, wenn er bis zu dem Punkt vorgerückt ist, wo er auf das Werkstück hätte auftreffen sollen« Das macht den Bedienungsmann darauf aufmerksam, daß etwas mit dem ¥/erkzeug nicht in Ordnung ist. Anstatt den Kopf 16 zurückzuziehen, könnte natürlich das Relais OE 2 irgendeine andere Funktion ausführen, durch die der Bedienungsmann auf eine Unregelmäßigkeit aufmerksam gemacht wird. Beispielsweise könnte das Relais dazu verwendet werden, die ganze Maschine stillzusetzen oder eine Warnleuchte am Schaltbrett des Bedienungsmannes oder dem Hauptschaltbrett der Maschine aufleuchten zu lassen.

Aus dem Vorstehenden läßt sich leicht erkennen, daß in einer Bearbeitungsmaschine mit einer Mehrzahl von Stationen jede Station mit einem Präsenzschalter 98 ausgerüstet ist, um die Bedingungen für Normalbetrieb herzustellen. Wenn ein Werkstück neu in die Maschine eingebracht wird, so wird ein Bearbeitungsvorgang nur in der ersten Station durchgeführt, da andere Werkstücke noch nicht zu einer anderen Station fortgeschritten sind. Is ist jedoch allgemein übliche Praxis, daß alle Werkzeuge ihren normalen Zyklus durchlaufen unabhängig davon, ob sich ein Werkstück in der Station befindet oder nicht. Bei der vorliegenden Anordnung bleibt der Schalter 98 offen, wenn kein Werkstück vorhanden ist, Seiais CR 2 wird nicht erregt, trotzdem der Schalter 100

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durch den locken 102 geschlossen ist und trotzdem die Relaiskontakte CE 1-1 geschlossen bleiben, da der Übertrager 24 in dieser Station kein Werkstück abgefühlt hat, wenn der Kopf zu einer Stelle vorgerückt ist, in der er zur Anlage an das Werkstück hätte kommen sollen. Wenn jedoch Werkstücke durch die Maschinen hindurchlaufen, werden die Präsenzschalter 98 in allen Stationen, die von Werkstücken eingenommen werden, geschlossen. In diesen Stationen führt dann das Fehlen des Ansprechens des Übertragers unmittelbar zum Abschalten der Maschine oder zu einem anderen Vorgang, der den Bedienungsmann auf ein gebrochenes oder falsch eingestelltes Werkzeug aufmerksam macht.

Claims

S ο hut; ζ ans pr üciie

1. überwachungsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen mit je einem hin- und herbewegbaren Werkzeugträger und einer Pühlein-.richtung hieran zur Abgabe von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der vom Werkzeug gegen das Werkstück ausgeübten Kraft, gekennzeichnet durch einen einen Schalter steuernden Fühler, eier bei nicht vorhandenem oder au kurz eingestelltem Werkzeug die Herstellung eines Steuerstromkreises für den Maschinenantrieb verhindert, und einen vom Support (14) steuerbaren Schalter (100) in dem vom !Fühler gesteuerten Stromkreis.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dais der Fühler durch die Werkzeugspindel (30) und einen elektrischen übertrager (24) gebildet' ist, gegen den sich die Werkzeugspindel (30) abstützt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen das Vorhandensein eines Werkstückes überwachenden Präsenzschalter (98), der bei fehlendem Werkstück die Herstellung eines Steuerstromkreises für den Maschinenantrieb verhindert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Support (14) steuerbare Schalter (100) und der Präsenzschalter (98) normalerweise offene Schalter sind, die zur Herstellung eines Steuerstromkreises beide geschlossen sein müssen.