DE1906502C3 - Vorrichtung zum automatischen Steuern von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zum automatischen Steuern von Werkzeugmaschinen bestimmte Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Bei Werkzeugmaschinen sind die zum Bearbeiten der

65 Werkstücke bestimmten Werkzeuge auf Schlitten befestigt, welche senkrecht und/oder parallel zum zu bearbeitenden Werkstück verfahrbar sind. Für die Steuerung dieser Schlitten werde» dieselben zunächst :n eine maximal zurückgezogene Ausgangsstellung verfahren und fahren von dort das Werkstück an. Dabei sind je nach Größe und Art des zu bearbeitenden Werkstückes mehr oder weniger lange Leerstrecken zu durchfahren, bis das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt kommt Solche Leerstrecken sind als den Arbeitsablauf verlängernde 1 otzeiten zu betrachten und sollen deshalb so kurz wie möglich gehalten werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Leerstrecken mit erhöhter Geschwindigkeit zu durchfahren und erst kurz vor Auftreffen des Werkzeuges auf das Werkstück die Vorschubgeschwindigkeit auf die Arbeitsgeschwindigkeit herabzusetzen, bis das Ende der Vorschubbewegung erreicht ist und der Schlitten mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Ausgangsstellung zurückfährt. Bei einer bekannten Vorrichtung zum automatischen Steuern von Werkzeugen der eingangs genannten Art (GB-PS 10 22 882) erfolgt die Steuerung über ein pehlersignal, wobei der Fehler auf eine bestimmte Höhe begrenzt wird, um vorbestimmte Geschwindigkeiten für die Einstellbewegungen zu erhalten. Es wird ein das Ende der Bewegung anzeigendes Positionssignal an einen Positionsspeicher geliefert. Für eine mechanische Rückkoppelung sind Getriebeelemente erforderlich, welche einen Tachometer antreiben. Der Steuerkreis enthält mechanische Einrichtungen und arbeitet dementsprechend verhältnismäßig langsam.

Es ist zwar bekannt (US-PS 30 02 115), Werkzeugmaschinen ausschließlich elektrisch zu steuern, jedoch werden dabei die Steuerimpulse einem Digital-Analog-Wandler zugeleitet, dessen Ausgang einen analog arbeitenden Servomotor steuert. Weiterhin ist auch eine vollelektrische Digitalsteuerung für Werkzeugmaschinen bekannt (US-PS 30 15 806), welche auf einer genauen Zählung einer vorbestimmten Anzahl von von einem Impulsgenerator gelieferten Impulsen basiert, wobei die erzeugten Impulse zum Steuern der verschiedenen Antriebsmotor verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum automatischen Steuern von Werkzeugmaschinen der eingangs genannten Gattung derart zu verbessern, daß sie ausschließlich elektrisch arbeitet und bei einfachem Aufbau mittels elektrischer Steuerelemente zuverlässig und exakt die zueinander zu bewegenden Teile der Werkzeugmaschine mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, je nachdem ob eine Bearbeitung stattfindet oder eine Leerbewegung durchgeführt wird, gesteuert bewegt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Steuersignal ein Rampensignal, wodurch eine exakte und zuverlässige Umsteuerung zwischen der erhöhten Geschwindigkeit für Leerbewegungen und Bearbeitungsbewegungen gewährleistet ist. Die Umsteuerung von der schnellen auf die langsame Vorschubbewegung erfolgt automatisch an einer vorwählbaren Stelle. Im Leerlaufbereich erfolgt der schnelle Vor- oder Rücklauf unter Postionskontrolle mittels des eingegebenen Steuersignals. Es ist eine genaue Synchronisation der Schlittenbewegung mit der Drehbewegung der Spindel

der Werkzeugmaschine gewährleistet

Zur weiteren Erläuterung dient die nachfolgende Beschreibung der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt ist, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung, F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht eines Teiles einer Werkzeugmaschine und einen Teil des Schaltkreises für die Steuervorrichtung und

Fig.3 bis 5 Schaltpläne der übrigen Teile der Steuervorrichtung.

Die Arbeitsweise der vorgeschlagenen Steuer- und Kontrollvorrichtung kann am besten an Hand von F i g. 1, welche ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung darstellt, erläutert und verstanden werden. Eine Einstellvorrichtung 10 enthält eine Reihe gleicher Schalter, welche von Hand oder mit Hilfe eines Magnetbandes betätigt werden können, um einen Widerstand enthaltenden Schaltkreis zu verändern. Durch eine Leitung 12 wird aus der Einstellvorrichtung 10 eine Gleichstromspannung abgegeben, welche der -gewünschten Stellung entspricht, in welcher ein j Werkzeugschlitten 14 aus einer schnellen Bewegung in eine normale Vorschubbewegung umgeschaltet wird. Bei dieser Steuer- und Kontrollvorrichtung wird die tatsächliche Stellung des Werkzeugschlittens und eines auf demselben angeordneten Werkzeuges 15 jederzeit durch eine Gleichstromspannung angezeigt, deren Größe proportional der Verstellung des Werkzeugschlittens ist. So wird beispielsweise die vollständig zurückgezogene Stellung 16 des Werkzeugschlittens 14 durch ein der Spannung Null entsprechendes Signal angezeigt. Wenn sich hingegen der Werkzeugschlitten 14 in seiner am weitesten ausgefahrenen Stellung 17 befindet und ein Bearbeitungsvorgang beendet ist, wird diese Stellung durch einen Gleichstromspannungswert angezeigt, welcher für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung mit 16 Volt angenommen wird, obwohl auch jeder andere geeignete Spannungsbereich angewendet werden kann. Zwischsnsteliungen des Werkzeugschlittens 14 werden deshalb durch eine Gleichstromspannung angezeigt, die zwischen 0 und 16 Volt liegt. In F i g. 2 ist der Werkzeugschlitten 14 in ausgezogenen Linien in einer mittleren Stellung 18 dargestellt, welche durch ein 8 Volt-Signal angezeigt wird.

An einem festen Teil der Werkzeugmaschine ist ein die Stellungen des Werkzeugschlittens 14 anzeigender Umformer 20 angeordnet, der so ausgebildet ist, daß er eine Spannung i;n vorstehend angegebenen Bereich abgeben kann. Der bewegbare Teil 21 des Umformers 20 ist direkt mit dem Werkzeugschlitten 14 verbunden. Wenn es erwünscht ist, den Werkzeugschlitten 14 in eine bestimmte Stellung zu verfahren, um mit der Bearbeitung eines Werkstückes zu beginnen werden geeignete Schalter der Einstellvorrichtung 10 betätigt, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches im Falle der vorliegenden Beschreibung das die mittlere Stellung 18 des Werkzeugschlittens 14 bestimmende Signal ist.

Das aus der Einstellvorrichtung 10 abgegebene Signal und das Rückkoppelungssignal des Umformers 20 gg werden in einer Summiervorrichtung 22 zusammengeführt, welche kontinuierlich die beiden Signale vergleicht und eine der Differenz zwischen diesen beiden Signalen proportionale Ausgangsspannung in einer Leitung 24 abgibt. Diese Ausgangsspannung ist somit bei einem derartigen Betrieb der Vorrichtung das Fehlersignal der Steuer- und Kontrollvorrichtung und reguliert die Bewegungen des Werkzeugschlittens 14.

Dabei wird das Fehlersignal aus einer Spannung in eine tatsächliche Bewegung des V/erkzeugmaEchinenschlittens mit einer Geschwindigkeit umgewandelt, die proportional der Größe der Fehierspannung im ungesättigten Bereich der gesamten Vorrichtung ist. Große Fehler zwischen dem Signal der Einstellvorrichtung 10 und dem Rückkopplungssignal rufen eine Sättigung der Steuer- und Kontrollvorrichtung hervor, so daß der Werkzeugschlitten 14 mit der maximal .gewünschten Geschwindigkeit bewegt wird, die durch die Ausbildung der physikalischen Teile der Vorrichtung und der Werkzeugmaschine bestimmt ist

Der Wandler der Steuer- und Kontrollvorrichtung besitzt einen Modulator 26 zum Umwandeln des Gleichstromfehlersignales in ein Wechselstromsignal, welches durch einen Wechselstromverstärker 28 verstärkt und anschließend wieder in ein Gleichstromsignal durch einen Ringgleichrichter 30 umgewandelt wird. Durch dieses Verstärken des Signals wird ein Driften od. dgl. vermieden, welches bei mit niedrigen Spannungen arbeitenden Gleichstromverstärkern unangenehm sein kann. Es können jedoch auch stabile Gleichstromverstärker in diesem Teil des Schaltsystems verwendet werden.

Das verstärkte Fehlersignal wird in einen Gleichstromverstärker 32 eingegeben und gelangt dann in einen Endverstärker oder Kraftverstärker 34, dessen Ausgangssptnnung direkt ein elektrohydraulisches Servoventil 36 steuert Das Servoventil 36 ist ein Teil des hydraulischen Systems der Werkzeugmaschine und braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß das Servoventil 36 den Zufluß von hydraulischem Strömungsmittel in einen mit Zylinder und Kolben versehenen Betätiger 38 steuert, welcher den Werkzeugschlitten 14 der Werkzeugmaschine bewegt. Bei dem Servoventil 36 handelt es sich um ein proportional arbeitendes Ventil welches bewirkt, daß die Menge des zum Betätiger 38 strömenden Strömungsmittels proportional der Größe des aus dem Kraftverstärker 34 der Steuer und Kontrollvorrichtung abgegebenen Signales ist. Der gesteuerte Zufluß von Strömungsmittel bewiikt also, daß der Werkzeugschlitten 14 und dementsprechend das auf demselben angebrachte Werkzeug 15 mit steuerbarer Geschwindigkeit bewegt wird.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Einstellvorrichtung 10 zunächst ein Signal von 8 Volt in die Steuer- und Kontrollvorrichtung eingibt, befindet sich der Werkzeugschlitten 14 auf Grund eines von einer Rückziehvorrichtung 60 abgegebenen Schnellgangsignales in seiner vollständig zurückgezogenen Stellung 16, und der Umformer 20 für den Werkzeugschlitten gibt eine Spannung von 0 Volt ab. Die Kombination der Signale in der Summiervorrichtung 20 erzeugt nach Wegfall des Rückziehsignales zunächst ein Fehlersignal von 8 Volt und einen entsprechend schnellen Vorschub des Werkzeugschlittens 14. Bei der Bewegung des Werkzeugschlittens 14 in Richtung auf die gewünschte mittlere Stellung 18 gibt der Umformer 20 entsprechend der jeweiligen Stellung des Schlittens 14 eine immer größer werdende Gleichstromspannung ab. Wenn der Werkzeugschlitten 14 bis dicht an die gewünschte Stellung gelangt ist, wird die Größe des Fehlersignales verringert, wodurch eine entsprechende Verringerung des Vorschubes der Werkzeugschlittens 14 hervorgerufen wird. Wie oben angegeben, erfolgt eine Veränderung der Geschwindigkeit der Bewegung des Werkzeugschlittens nur bei innerhalb eines kleinen

Bereiches schwankenden Fehlersignalen, während alle größeren Signale eine Sättigung des Systems und damit eine maximale Geschwindigkeit der Bewegung des Werkzeugschlittens hervorrufen.

Es ist ein Nullindikator 40 vorgesehen, welcher die Ausgangsspannung des Kraftverstärkers 34 überwacht und die Stellung eines die Vorschubbewegung auslösenden Flip-Flop-Schalters 42 steuert. Wenn die Ausgangsspannung des Kraftverstärkers 34 einen Null-Zustand erreicht hat, bei dem entweder eine Spannung Null oder eine nahe Null liegende Spannung herrschen kann, wird der Nullindikator 40 diesen Zustand feststellen und dementsprechend den Flip-Flop 42 so umschalten, daß dieser Schalter eingeschaltet ist.

Wenn der Werkzeugschlitten die Stellung erreicht hat, in weicher der für den Arbeitsvorgang gewünschte, vom Flip-Flop 42 bestimmte Vorschub einsetzen soll, wird ein Signal in eine Leitung 43 eingegeben, welches bewirkt, daß der Werkzeugschlitten nicht mehr durch ein von der Einstellvorrichtung 10 abgegebenes Signal, sondern von einem sich ändernden Eingangssignal gesteuert wird, welches die weitere Geschwindigkeit des Werkzeugschlittens 14 bestimmt, welche dem für den betreffenden Arbeitsvorgang gewünschten Vorschub entspricht.

Das Vorschubsignal wird von einem Spindelimpulsgerät 44 erzeugt, das direkt an die Spindel 46 der Werkzeugmaschine gekuppelt ist, um Impulse konstanter Breite und Größe mit einer Frequenz abzugeben, die der Spindelgeschwindigkeit direkt proportional ist. Ein solches, die Spindelgeschwindigkeit anzeigendes Signal kann auf viele verschiedene Weisen erzeugt werden, d. h. die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel eines Impulssteuergerätes beschränkt

Die Spindelimpulse werden in einen Vorschubmodulator 48 eingegeben, der ein von Hand oder elektrisch zu veränderndes Widerstandsnetz umfassen kann, damit die Größe der vom Spindelimpulsgerät 44 abgegebenen Impulse zu bestimmen ist. Die Ausgangssignale des Vorschubmodulators 48 werden in einen Integrierkreis 50 eingegeben, der in eine Leitung 51 ein als Rampe oder Schwelle wirkendes Ausgangssignal oder eine Gleichstromspannung eingibt, deren Größe proportional mit der Geschwindigkeit der vom Spindelimpulsgerät ausgehenden Impulse ansteigt Der Integrierkreis 50 ist ein üblich arbeitender Verstärkerkreis, der von einem vom Flip-Flop 42 durch die Leitung 43 zugeführten Steuersignal eingeschaltet werden kann.

Der Anstieg bzw. die Steilheit des eine Rampenfunktion ausübenden Ausgangssignales des Integrierkreises 50 ist von der in den Integrierkreis in einer vorgegebenen Zeitspanne eingegebenen Ladungsmenge abhängig. Wenn man die Amplitude und die Breite der Impulse konstant hält, ist der Anstieg des Ausgangssignales des Integrierkreises 50 der Frequenz der empfangenen Impulse direkt proportional. Der Vorschubmodulator 48 bestimmt die Amplitude der vom Spindelimpulsgerät 44 eingehenden Impulse und bewirkt, daß die Ausgangssignale des Integrierkreises 50 und des Spindelimpulsgerätes 44 konstant proportional zueinander bleiben.

Wenn der Werkzeugschlitten 14 die mittlere Stellung 18 erreicht hat, wird der Integrierkreis 50 durch ein vom Flip-Flop 42 durch die Leitung 43 ausgehendes Signal eingeschaltet so daß sich in ihm vom Spindelimpulsgerät 44 abgegebene Ladung ansammelt um somit ein eine Rampenfunktion ausübendes Ausgangssignal in der

Leitung 51 zu erzeugen. Diese Ausgangsspannung wird dann mit der vorher vorhandenen, von der Einstellvorrichtung 10 ausgehenden Spannung kombiniert, um ein neues Signal für die weitere Steuerung des Werkzeugschlittens 14 zu erzeugen. Es ist bekannt, daß sich der Werkzeugschlitten 14 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die proportional dem Anstieg des die Rampenfunktion ausübenden Signales in der Leitung 51 ist Diese Geschwindigkeit kann wegen der Erzeugung einer Fehlersignalanzeige der jeweiligen Differenz zwischen der Summe der in den Leitungen 12 und 51 vorhandenen Spannungen und der Größe der der tatsächlichen Schlittenstellung entsprechenden Spannung aufrecht erhalten werden. Dieser die gewünschte Geschwindigkeit besitzende Vorschub wird beibehalten, bis der Werkzeugschlitten 14 die Endstellung 17 erreicht hat.

An festen Punkten der Werkzeugmaschine sind zwei Endschalter 54 und 55 angebracht, die von einem am bewegbaren Werkzeugschlitten 14 befestigten Anschlag 56 betätigt werden, wenn der Werkzeugschlitten die eine oder die andere Endstellung 16 bzw. 17 erreicht. Wenn der Endschalter 55 durch den Anschlag 56 bei Beendigung des Bearbeitungsvorganges betätigt wird, so wird durch diesen Endschalter 55 ein Zeitverzögerer 58 eingeschaltet. Die Vorwärtsbewegung des Werkzeugschlittens 14 wird durch Berührung mit einem mechanischen Anschlag gestoppt. Der Integrierkreis 50 fährt jedoch fort. Impulse bzw. Ladung zu sammeln, so daß sich das System wieder sättigt, wodurch der Werkzeugschlitten 14 fest gegen den mechanischen Anschlag gedrückt wird. Der Werkzeugschlitten bleibt in dieser Stellung für eine Zeit, die von der vorgegebenen Verzögerung des Zeitverzögerers 58 abhängt.

Sobald die vorgegebene Verzögerungszeit abgelaufen ist, gibt der Zeitverzögerer 58 einen Impuls durch eine Leitung 59 ab, um die Stellung eines den Rückziehvorgang bestimmenden Flip-Flop 60 zu ändern. Dadurch wird auch der Flip-Flop 42 zurückgestellt und ein Obersteuerungssignal in die Summiervorrichtung 22 des Steuerkreises eingegeben. Das vom Rückzieh-Flip-Flop 60 abgegebene Signal ist ein Gleichstromsignal genügender Größe, um alle anderen in die Summiervorrichtung 22 eingegebenen Spannungen zu übersteuern und somit das Servosystem zu sättigen und zu bewirken, daß der Werkzeugschlitten 14 mit großer Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung in seine vollständig zurückgezogene Stellung 16 fährt In dieser Stellung wird der Endschalter 54 betätigt um das System abzuschalten und es in einem Zustand zu halten, daß es das nächste Steuersignal empfangen und verarbeiten kann, welches nach dem Einstellen der Maschinenspindeln oder der Werkzeugschlitten durch ein diese Einstellung anzeigendes, von einem Startmodulator 63 ausgesandtes Signal ausgelöst wird.

Der Zeitverzögerer 58 ist ein elektronischer Integrator, der Impulse vom Spindelimpulsgerät 44 über einen Selektorschalter erhält welcher die verschiedenen Zeitverzögerungsintervalle bestimirit Der Zeitverzögerer 58 versieht eine bekannte Funktion des Steuersystems einer Werkzeugmaschine, indem er es ermöglicht, daß der Werkzeugschlitten 14 in seiner ausgefahrenen Stellung 17 verbleibt, bis alle im Antrieb des Werkzeugschlittens und im Werkzeug und seiner Einspannvorrichtung vorhandenen Spannungen aufgehoben sind.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung ermöglicht die übliche Betätigung eines Werkzeugschlittens. Es ist jedoch erkennbar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auf verschiedene Weisen gesteuert werden kann, um besondere Funktionen des Schlittens durchführen zu können. Bei der üblichen Steuerung eines Werkzeugschlittens wird vor Beginn eines Arbeitszyklus der das Zurückziehen bestimmende Flip-Flop 60 eingeschaltet, um ein Schnellgangsignal für das Servoventil 36 zu liefern, welches den Werkzeugschlitten 14 in der vollständig zurückgezogenen Lage hält. Ein beispielsweise am Ende der Einstellung des Spindelträgers ausgelöstes Startsignal ändert den Zustand des Rückzieh-Flip-Flops 60 und bewirkt, daß der Werkzeugschlitten 14 schnell in die durch das von der Einstellvorrichtung 10 ausgesandte Signal bestimmte Stellung vorfährt. Wenn diese Stellung erreicht ist, wird die Ausgangsspannung des Kraftverstärkers 34 gleich Null, und der Nullindikator 40 setzt den Integrierkreis 50 unter Spannung, wodurch der Werkzeugschlitten 14 nur noch mit dem für die Bearbeitung bzw. den Schneidvorgang bestimmten Vorschub vorfährt. Am Ende der Vorfahrbewegung erreicht der Werkzeugschlitten 14 einen vorderen Begrenzungsanschlag, und der Endschalter 55 löst den Zeitverzögerer 58 aus, wodurch nach einer kurzen Zeitverzögerung der Rückzieh-Flip-Flop 60 eingeschaltet wird, der das Rückfahren des Werkzeugschlittens 14 in die Ausgangsstellung 16 bewirkt und somit den Arbeitszyklus schließt.

Besondere Bewegungen des Werkzeugschlittens können mit Hilfe eines nicht dargestellten Drehschalters vorgewählt werden, welcher den Arbeitszyklus des Werkzeugschlittens steuert. Dieser Schalter kann ein mehrpoliger Stufendrehschalter sein, welcher die zahlreichen Teile der Steuervorrichtung verbindet und somit die Arbeitsfolge der einzelnen Elemente der Steuervorrichtung verändern kann. Auch ist es möglich, daß die Einstellvorrichtung 10 die Form eines einen einzigen Widerstand aufweisenden Stromkreises annimmt, welcher programmierbar ist um verschiedene Größenordnungen für den Abstand einstellen zu können Andererseits kann die Einstellvorrichtung 10 auch eine Vielzahl von derartigen Kreisen aufweisen, die wahlweise in das Steuersystem eingeschaltet werden können. Auch ist es möglich, daß das Steuersystem im Betrieb zwei verschiedene Vorschübe bewirkt, wenn man Einrichtungen zum Abtasten der Schlittenposition vorsieht, welche bei Erreichen der ersten Schlittenstellung die Schlittengeschwindigkeit auf Grund eines zweiten Signales ändert Für diese Funktion wird das Einstellsignal festgehalten und bleibt ständig im Steuerkreis, und es werden zwei aufeinanderfolgende schnelle Funktionen mit demselben kombiniert

Auch kann auf relativ umkomplizierte Weise eine die Umkehrbewegung hervorrufende Funktion erzeugt werden. Hierbei fährt der Werkzeugschlitten 14 normal in die ausgefahrene Stellung 17, wobei ein Hemm-Stromkreis ein Umschalten der Vorschubgeschwindigkeiten während dieser Ausfahrbewegung verhindert · Die Ausgangsspannung des Zeitverzögerers 58 wird in den Vorschubmodulator 48 und den Integrierkreis 50 statt in den Rückzieh-Flip-Flop 60 eingegeben, und statt des üblichen Rückfahrens erhält die Steuervorrichtung ein negatives Vorschubsignal, welches somit den Arbeitsvorschub bei der Rückfahrbewegung hervorruft. Wenn der Werkzeugschlitten die in den Einstellstromkreisen vorgegebene Stellung erreicht hat wird ein Signal erzeugt, welches den Rückzieh-Flip-Flop 60 auslöst, so daß der Werkzeugschlitten 14 in seine Ausgangsstellung zurückfährt. Auch können andere Funktionen wie ein Sprungfunktion (Skip-Face-Funktion) einfach vorgewählt und auf diese Steuervorrichtung in ähnlicher Weise zugeschnitten werden.

Obwohl die Beschreibung der Arbeitsweise der Steuervorrichtung nur an Hand einer einen einzigen Werkzeugschlitten besitzenden Werkzeugmaschine erfolgt, wird eine mit der vorgeschlagenen Steuervorrichtung ausgestattete Werkzeugmaschine normalerweise eine Vielzahl von Werkzeugschlitten aufweisen, die gleichzeitig oder nacheinander arbeiten, um eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen ausführen zu können. Es versteht sich, daß die Erfindung auch auf eine Vielzahl von Werkzeugschütten und insbesondere auch auf einen Stirn- und Querschlitten angewendet werden kann, welche in einer Schneidstellung einander zugeordnet sind und zusammenwirken. Durch geeignete Zusammenarbeit der Teile der oben beschriebenen Steuerkreise können beliebige Funktionen erzeugt werden, welche zahlreiche Schlitten in ihrer Bewegung kombinieren, um auch eine geeignete Folge der Arbeit der Stirn- und Querschlitten hervorzurufen. In ähnlicher Weise können Funktionen wie das direkte Zurückziehen eines Schlittens dadurch erzielt werden, daß man die Ausgangsspannung des Zeitverzögerers zum Betätigen der Spindelbremse verwendet.

In Fig.2 bis 5 ist schematisch das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Steuervorrichtung .gemäß der Erfindung zusammen mit einem von dieser Steuervorrichtung gesteuerten Teil einer Werkzeugmaschine dargestellt. Das Spindelimpulsgerät 44, das zusammen mit der Spindel 46, einem Spannfutter 64 und einem Werkstück 65 angetrieben wird, kann ein Impulsgenerator beliebiger bekannter Ausführung sein, wobei lediglich die Bedingung besteht, daß dieses Gerät Impulse konstanter Größe und Breite mit einer Frequenz abgibt, welche von der Drehzahl der Spindel 46 abhängt Der Vorschubmodulator 48 besteht in seiner einfachsten Form aus einem Potentiometer 66, an dessen Widerstandselement die Ausgangsklemme des Spindelimpulsgerätes 44 bzw. Spindelimpulsgenerators angeschlossen ist, wobei die ausgewählte Impulsamplitude von dem verschiebbaren Abgreifer des Potentiometers 66 abgegriffen wird. Der die Rampenfunktion ausübende Integrierkreis 50 besteht aus einem in üblicher Weise arbeitenden Verstärker 67, der den Integrierkreislauf auslöst. Der Kontakt 68a eines Relais 68 ist in Serie mit einem Widerstand und parallel mit einem Kondensator 69 geschaltet, welcher in der Rückkopplungsverbindung des Integrierkreises 50 liegt. Bei geschlossenem Kontakt 68a wird der Integrierkreis 50 neutral, während nach Öffnen des Kontaktes 68a der Integrierkreis unter Spannung gesetzt wird und Impulse bzw. Spannung sammelt um die Rampenfunktion an der Ausgangsklemme 70 zu bilden.

Die Summiervorrichtung 22, der Modulator 26, der Wechselstromverstärker 28 und der Gleichrichter 30, die in F i g. 1 nur angedeutet sind, sind in F i g. 3 als Schaltbilder näher dargestellt und arbeiten zusammen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches in den Leistung abgebenden Teil der Steuervorrichtung eingegeben wird. Die Summiervorrichtung 22 und der Modulator 26 sind in der Schaltung zusammengefaßt und werden durch die Summierung von Signalen am veränderbaren Widerstand eines Feldeffekttransistors ersetzt. Die Eigenschaften des Feldeffekttransistors

ίο

72 sind dem Fachmann bekannt und bestehen darin, daß der Widerstand durch eine Spannung zwischen dem Emitter 72a und dem Kollektor 72b des Transistors 72 gesteuert werden kann. An die Basis 72c des Transistors 72 wird ein Modulationssignal von etwa 2,5 kHz angelegt, um die zwischen Kollektor 72b und Emitter 72a des Transistor 72 herrschende Gleichstromspannung zu modulieren.

Das vom verschiebbaren Umformer 20 ausgehende Rückkopplungssignal wird durch eine Leitung 75 an die Verbindung von zwei in Reihe geschalteten Widerständen 76 angelegt, welche zwischen dem Kollektor 72£> des Transistors 72 und Erde bzw. Masse liegen. Das von der Einstellvorrichtung 10 durch die Leitung 12 abgegebene Einstellsignal und das in der Leitung 51 vorhandene Rampensignal werden in einer Leitung 77 vereinigt und direkt an den Kollektor 72b des Transistors 72 angelegt. Außerdem ist eine Torschaltung 78, welche aus zwei Widerständen und einer Diode 92 besteht, ebenfalls an den Kollektor 72£> des Transistors 72 angeschlossen. Diese Torschaltung 78 ist außerdem durch die Leitung 62 an den Rückzieh-Flip-Flop 60 angeschlossen und wird unter normalen Fahrbedingungen des Werkzeugschlittens auf eine geeignete negative Gleichstromspannung vorgespannt. Somit wird die Diode 92 der Torschaltung 78 in entgegengesetzter Richtung vorgespannt und beeinträchtigt deshalb nicht die dem Kollektor 72b des Transistors 72 zugeführte Signale. Wenn jedoch das Rückfahrsignal empfangen wird, gelangt ein positives Signal durch die Leitung 72 zur Torschaltung 78, so daß die Diode 92 vorwärts vorgespannt wird und daher bewirkt, daß der Kollektor 72f? des Transistors 72 eine mehr positive Spannung erhält, wodurch alle hier vorhandenen Signale wegen des vorwärts durch die Diode 92 fließenden Stromes überdeckt werden.

Der Wechselstromverstärker 28 ist ein Vierstufen-Transistorverstärker, der an seinem endgültigen Ausgang einen Transistor 79 in Basis-Schaltung aufweist, so daß sich eine niedrige Ausgangsimpedanz in einer zu den folgenden Schaltelementen führenden Leitung 80 befindet. Der Verstärker 28 ist üblicher Ausführung und vermeidet wegen der Wechselstromkopplung die Driftprobleme, die bei kleinen Signalgleichstromverstärkern vorhanden sind.

Das verstärkte Wechselstromfehlersignal wird durch die Leitung 80 in den Ringgleichrichter 30 eingegeben, welcher dieses Fehlersignal in ein Gleichstrom-Gegentaktsignal in einer Leitung 82 umwandelt, die zu dem leistungsabgebenden Teil der Schaltung führt. Sowohl der Modulator 26 als auch der Gleichrichter 30 der vorliegenden Steuervorrichtung erhalten ihre Energie von einem gemeinsamen Oszillatorsignal, das an eine Klemme 83 angelegt ist, wodurch die Synchronisation der beiden elektrischen Kreise erleichtert wird.

Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 30 wird in den Gleichstromverstärker 32 (Fig.4) über die Klemmen bzw. Leitungen 82 eingegeben. Dieser Verstärker besteht aus zwei Verstärkereinheiten 83', die im Gegentakt miteinander verbunden sind. Das verstärkte Gleichstromfehlersignal wird in den Verstärker 34 des leistungsabgehenden Teiles der Vorrichtung geleitet, der ebenfalls im Gegentakt angeschlossen ist wobei jede Seite dieses Verstärkers 34 aus zwei unmittelbar aneinander gekuppelten npn-Transistoren 85a und 85b bzw. 86a und 86i> besteht Die Ausgangsklemmen 88a, 88ö und 88c des Verstärkers 34 sind an das elektrohydraulische Servoventil 36 angeschlossen und bewirken wenigstens bei Signalen im ungesättigten Bereich eine Verstellung der Spule des Ventiles, die direkt proportional zur Amplitude des Gleichstromfehlersignales ist, und rufen somit einen entsprechend großen Strömungsmittelfluß zum hydraulischen Betätiger 38 hervor.

Der Nullindikator 40 ist ebenfalls mit den Ausgangsklemmen des Verstärkers 34 verbunden und besteht aus einem Ladestromkreis, der an die eine Ausgleichsklemme 88a des Gegentaktstromkreises angeschlossen ist. Wenn die Höhe des Ausgangssignals an der Klemme 88a auf einen genügend niedrigen Wert sinkt, wird eine Diode 89 vorwärts vorgespannt, und der Nullindikator 40 wirkt über eine Klemme 90 wie eine Ladung oder Belastung auf einer Sc.te des den Vorschub auslösenden Flip-Flops 42. um den Zustand des Flip-Flops 42 zu ändern.

Die den Vorschub-Flip-Flop 42 urd den Rückzieh-Flip-Flop 60 enthaltenden Stufen der Steuerschaltung bestehen aus üblichen Flip-Flop-Stufen, welche zwei stabile Betriebszustände aufweisen, um den übrigen Teil der Schaltung zu steuern. Es ist bekannt, daß jeder Flip-Flop 42 bzw. 60 durch einen Impuls am Auslöseeingang oder dadurch umgeschaltet werden kann, daß man eine genügend hohe Gleichspannung anlegt, um die gerade herrschende Vorspannung des Flip-Flops zu ändern. Die Ausgangssignale werden gewöhnlich durch die Kollektorleitungen abgeführt und liefern eine von zwei möglichen positiven Spannungen bei dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung. So wird beispielsweise die Ausgangsspannung des Rückzieh-Flip-Flops 60 über die Leitung 62 in die Torschaltung 78 eingegeben, welche das Übersteuern oder das Oberdecken des Fehlersignales steuert, um den Werkzeugschlitten 14 in seine Ausgangsstellung 16 zurückzuziehen.

Wenn der Transistor 91 des Flip-Flops 60 auf Grund eines vom Startmodulator 63 abgegebenen, an einer Klemme 97 erscheinenden positiven Signales leitend wird, herrscht eine niedrige positive Gleichstromspannung in der Leitung 62 am Eingang der Torschaltung 78, so daß die Diode 92 auf Grund der Spannungsteilung zwischen den zugeordneten Widerständen rückwärts vorgespannt wird. Wenn der Transistor 91 des Rückzieh-Flip-Flops 60 jedoch auf Grund eines vom Zeitverzögerer 58 in eine Leitung 93 eingegebenen negativen Kommandos nicht leitend wird, baut sich in der Leitung 62 eine hohe positive Spannung auf, wodurch die Diode 92 vorwärts vorgespannt wird und somit eine positive Spannung am Kollektor 726 des Feldeffekttransistors 72 herrscht, wodurch das Fehlersignal übersteuert bzw. überdeckt wird.

Der den Vorschub auslösende Flip-Flop 42 arbeitet in ähnlicher Weise, um zwei verschieden hohe Ausgangsspannungen in einer Leitung 94 als Ergebnis von Eingangssignalen zu bilden, die durch den Nullindikator 40 an der Klemme 90 oder vom Rückzieh-Flip-Flop 60 in einer Leitung 95 erzeugt werden. Das in der Leitung 94 herrschende Ausgangssignal wird in einen Transistorverstärker 96 eingegeben, um das Relais 68 zu steuern, damit der Integrierkreis 50 erregt oder abgeschaltet werden kann.

Der Zeitverzögerer 58 bewirkt, wie bereits oben gesagt, eine Zeitverzögerung, damit der Werkzeugschlitten 14 in seiner ausgefahrenen Endstellung 17 für eine kurze Zeit verweilen kann, die von der Drehgeschwindigkeit der Spindel abhängt, um Spannungen od. dgl. im mechanischen Antrieb aufzuheben. Dieser

1ί

Zeitverzögerer 58 besitzt einen geeigneten Ladestromkreis 100, der die Zeilverzögerung bewirkt, und außerdem Verstärker 102, um voneinander getrennte Ausgangssignale in der Leitung 93 zu erzeugen. Am Eingang ist ein Wählschalter 104 vorgesehen, der vom Spindelimpulsgerät 44 durch eine Leitung 105 Impulse empfängt, so daß verschiedene Widerstände 107 in den Ladestromkreis 100 für unterschiedliche Verzögerungszeiten eingeschaltet werden können. Außerdem ist eine Eingangsklemme 108 vorgesehen, welche an den Endschalter 55 oder an ein anderes, eine Begrenzung feststellendes Schaltelement angeschlossen ist, um den Betrieb des Zeitverzögerers 5 zu überwachen und zu steuern.

Obwohl die elektrische Schaltung der vorliegenden Steuervorrichtung nicht in allen Einzelheiten beschrieben wurde, ist ein großer Teil der Schaltung in auf diesem Gebiete üblicher Weise ausgebildet und für den Fachmann somit ohne weiteres verständlich. Auch sind zahlreiche Abwandlungen der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Schaltungen möglich. Beispielsweise sind Abwandlungen in einzelnen Schaltelementen und der Art der Erzeugung der Steuersignale möglich und, wie bereits vorstehend erwähnt, können der Zeitverzögerer 58, der Rückzieh-Flip-Flop 60 und der für den Vorschub vorgesehene Flip-Flop 42 auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden, um von der beschriebenen Funktion abweichende spezielle Funktionen der Schlitten zu ermöglichen, wie einen doppelten Vorschub, einen rückwärts gerichteten Vorschub usw.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Steuern von Werkzeugmaschinen, die zum Erzeugen von Relativbewegungen mit vorbestimmten Geschwindigkeiten zwischen einem Werkstück und wenigstens einem dieses bearbeitenden Werkzeug eine abhängig vom Vergleich zwischen Soll- und Istsignalen zu betätigende, analog arbeitende Servovonichtung aufweist, die in einem geschlossenen elektrischen Regelkreis liegt, wobei sich die Positionsinformation des in Impulsform eingegebenen Steuersignals bei vorgegebener Geschwindigkeit zum Erzeugen der Relativbewegungen ändert, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Einrichtung (10, 12) zum Erzeugen des ersten, für den Arbeitsbereich des bewegbaren Werkzeugschlittens (14) repräsentativen Steuersignales eine Einrichtung (50,51) zum Erzeugen eines zweiten, sich proportional zur Vorwärtsbewegung des Werkzeugschlittens in dessen Arbeitsbereich verändernden Steuersignals und ferner eine Einrichtung (22, 24) zum Ansteuern der Servovorrichtung mit den beiden Steuersignalen zusammen mit dem Istpositionssteuersignal vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Eingeben des Steuersignals in die Servovorrichtung einen Impulse konstanter Spannung liefernden Impulsgenerator (44) aufweist, wobei ein ohmscher Spannungsteilerkreis zum Ändern der Amplitude der Impulse proportional zur gewünschten Geschwindigkeit der Relativbewegung und ein Integrierkreis (50) zum Sammeln dieser Impulse vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entweder das Werkstück (65) oder das Werkzeug (15) bewegende drehbare Spindel (46) der Werkzeugmaschine den Impulsgenerator (44) antreibt, um ein der Drehzahl der Spindel proportionales Signal zu liefern.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die einzelnen Stellungen des Werkstückes (65) gegenüber dem Werkzeug (15) abtastende und ein hierfür repräsentatives gesondertes Signal liefernde Einrichtung (40, 54, 55, 56) und eine auf die Abtasteinrichtung ansprechende Schalteinrichtung vorgesehen sind, um die Steuersignale in einer vorbestimmten Folge von Kombinationen in die Servovorrichtung einzugeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Zeitverzögerer (58) vorgesehen ist, der auf die Signale der Abtasteinrichtung (40, 54, 55, 56) anspricht und die Schalteinrichtung für vorbestimmte Intervalle unterbricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des zweiten Steuersignals ein Rampenspannungsgenerator (48, 50) vorgesehen ist, der mit dem Impulsgenerator (44) verbunden ist.