DE19521284A1 - Anordnung zur lagegenauen Festlegung eines Werkzeugträgers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur lagegenauen Festlegung eines am Revolverkopf einer Bearbeitungsmaschine angeordneten Werkzeugträgers mit mehreren am Werkzeugträger angeordneten Werkzeugen wobei der Werkzeugträger mittels eines Antriebsmotors um eine Welle drehbar ist.

Bei derartigen Werkzeugmaschinen ist es unbedingte Notwendigkeit, daß die jeweiligen Werkzeuge mittels des Werkzeugträgers genau positioniert und bei der Bearbeitung in dieser Position exakt gehalten werden, um eine präzise Bearbeitung von Werkstücken mit den jeweiligen Werkzeugen zu erzielen. Bisher werden dafür entweder formschlüssige oder kraftschlüssige Einrichtungen eingesetzt, welche das Festlegen der Werkzeugträger in der jeweiligen Lage beim Bearbeiten von Werkstücken bewerkstelligen.

So ist aus der DE-PS 33 11 105 ein Revolverkopf bekannt, dessen Werkzeugträger in mehreren Drehstellungen durch formschlüssige Kupplung von Verzahnungskränzen an dem Werkzeugträger und dem stationären Teil verriegelbar ist, wobei die Verzahnungskränze an dem Werkzeugträger und dem stationären Teil mittels eines dritten Verzahnungskranzes kuppelbar sind, welcher durch axiale Verschiebung in die beiden vorgenannten Verzahnungskränze einrückbar bzw. aus denselben aushebbar ist. Zur Ent- und Verriegelung des Werkzeugträgers in der Arbeitsstellung sind relativ große Schaltwege erforderlich, die Zeit beanspruchen und die Nebenzeit, d.i. jene Zeit, in der keine Bearbeitung mit den Werkzeugen des Revolverkopfes erfolgt, erhöhen.

Aus der DE-OS 16 02 902 ist eine kraftschlüssige Kupplung bekannt, welche eine Verminderung dieser Nebenzeiten ermöglicht. Dazu ist eine Klemmkette vorgesehen, die den Werkzeugträger axial mit dem stationären Teil verspannen soll, wobei der Werkzeugträger an einen Bremsbelag des stationären Gehäuses gepreßt wird. Die vorgesehene Krafteinleitung durch die Klemmkette am äußeren Umfang führt zu einer ungünstigen Verteilung der Flächenpressung auf den Reibflächen und erfordert kleine Reibflächen durch die zentrale Einleitung der Kraft. Der Werkzeugträger führt beim Lösen und Festhalten zwar geringe Axialbewegungen aus, die im Vergleich zur Dauer des Ver- und Entriegelns bei förmschlüssiger Kupplung zwischen Werkzeugträger und Gehäuse des Revolverkopfes gering sind, jedoch Vorkehrungen für eine Zentrierung des Werkzeuges gegenüber dem Gehäuse des Revolverkopfes erfordern. Eine Korrektur der Lage des Werkzeugträgers während der Bearbeitung des Werkstückes ist bei einer kraftschlüssigen Kupplung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein rasches und dennoch präzises Wechseln der Werkzeugträger ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Arbeitsstellung des gewählten Werkzeuges der in an sich bekannter Weise auf der Welle des Werkzeugträgers drehschlüssig angeordnete Antriebsmotor durch eine Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung angesteuert und die vorgegebene Drehstellung der Welle dadurch gehalten ist. Dadurch wird eine elektronische Festlegung des Werkzeugträgers in der jeweiligen Arbeitsstellung erreicht, was den Vorteil hat, daß ein rascher und präziser Wechsel der Werkzeuge ermöglicht ist, wobei der Werkzeugträger auch bei Einwirken äußerer Kräfte, wie sie bei einem Bearbeitungsvorgang auftreten, zuverlässig in Position gehalten wird, wobei durch die an sich bekannte drehschlüssige Anordnung von Werkzeugträger und Antriebsmotor auf einer gemeinsamen Welle wird jegliches Spiel zwischen den beiden Komponenten verhindert.

Wie angeführt, ist es an sich bekannt, den Antriebsmotor auf der Welle des Werkzeugträgers drehschlüssig anzuordnen. Bei der bekannten Ausbildung handelt es sich um einen mechanischen Stellantrieb für Werkzeugmaschinen, wobei die Art der Werkzeugmaschinen bzw. welcher Teil der Werkzeugmaschinen an zu treiben ist, nicht näher spezifiziert ist. Demgemäß sind auch die speziellen Probleme eines Revolverkopfes einer Bearbeitungsmaschine nicht angeführt. Durch diese an sich bekannte drehschlüssige Anordnung von Werkzeugträger und Antriebsmotor auf einer gemeinsamen Welle wird bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ein spezieller technischer Effekt in Kombination mit der Ist-/Sollwert-Vergleichseinrichtung erzielt.

Weiters sind auch NC-Steuerungen von Werkzeugmaschinen bekannt, bei welchen die Winkellage durch diese Steuerungen eingestellt wird. Eine Festlegung von Werkzeugträgern in ihrer Position über einen Ist-/Sollwert-Vergleich durch solche Steuerungen ist bei den bekannten Ausbildungen nicht vorgesehen.

Vorteilhafterweise kann bei Verwendung eines Hydromotors als Antriebsmotor dieser über ein Servoventil angesteuert sein, dessen Ansteuersignal ein Indikatorsignal für wirkende Bearbeitungskräfte ist. Durch Vergleich dieses Indikatorsignals mit der ebenfalls als Signal vorliegenden Hauptspindelleistung ist dann eine Plausibilitätskontrolle möglich, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Differenz der vorgegebenen Signale eine Störung angezeigt wird. Weiters kann zur Ermittlung des Ist-Wertes ein Drehwinkelsensor an der Welle direkt angeordnet sein, wodurch auf einfache Weise eine relative grobe Auflösung eines Vollkreises zur Bestimmung der Stellung erreicht wird. Zusätzlich zum Drehwinkelsensor kann ein weiterer Winkelsensor für die Feineinstellung vorgesehen sein, welcher auf Markierungen des Werkzeugträgers anspricht. Dies ermöglicht eine sehr feine Einstellung des Werkzeugträgers in bezug auf die Bearbeitungsstellung, wobei dadurch eine Genauigkeit von < +/- 0,05° Abweichungstoleranz erzielt ist. Schließlich kann die Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung mit einem Zeitglied gekoppelt sein, welches mit der Maschinensteuerung gekoppelt ist. Dies ermöglicht, daß bei Auftreten einer länger als eine vorgegebene Zeit verbleibenden Abweichung, welche nicht korrigiert werden kann, ein Signal an die Maschinensteuerung ausgegeben wird, was Überlast bedeutet und entsprechende Maßnahmen der Maschine, z. B. ein Abschalten der gesamten Maschine, bewirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemaßen Anordnung bei einem elektrischen Antrieb des Werkzeugträgers.

Fig. 2 gibt eine der Fig. 1 analoge Ausführung mit einem hydraulischen Antrieb des Werkzeugträgers wieder.

Fig. 3 veranschaulicht ebenfalls schematisch eine mit der erfindungsgemäßen Anordnung versehene Bearbeitungsmaschine.

Fig. 4 ist ein Fließdiagramm für den Steuerungsablauf zur Positionierung und Festlegung des Werkzeugträgers.

Mit 1 ist ein Werkzeugträger bezeichnet, auf welchem Werkzeuge 2 angeordnet sind, wobei in der Zeichnung nur ein Werkzeug wiedergegeben ist. Tatsächlich sind jedoch, über den Umfang des Werkzeugträgers 1 verteilt, mehrere derartiger Werkzeuge 2 vorhanden. Der Werkzeugträger 1 ist an einer Welle 3 angebracht, auf welcher beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein elektrischer Antriebsmotor 4 sitzt. Gleichfalls an der Welle 3 ist auch ein Drehwinkelsensor 5 angebracht. Mit 6 ist ein weiterer Winkelsensor bezeichnet, welcher in vorliegender Zeichnung nicht dargestellte Markierungen an dem Werkzeugträger 1 abtastet. Mit 7 ist eine Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung bezeichnet, welche den Antriebsmotor 4 über die Leitungen 8 direkt ansteuert. Diese Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung 7 bekommt den Soll-Wert über die Eingangsleitung 9 vorgegeben und vergleicht diesen mit den Signalen des Drehwinkelsensors 5, welche über die Leitungen 10 eingebracht werden, bzw. mit den Signalen des Winkelsensors 6, welche über die Leitungen 11 eingeführt werden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Antriebsmotor als Hydraulikmotor 14 ausgebildet, was den Vorteil der stabileren Festlegung des Werkzeugträgers auch bei großen Bearbeitungskräften hat. Der Hydraulikmotor 14 ist über eine Hydraulikpumpe 12 baufschlagbar, wobei die Beaufschlagung über ein Servoventil 13 gesteuert ist. Das Servoventil 13 seinerseits wird über die Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung 7 über die Leitung 8 angesteuert, wobei eine zusätzliche Steuerleitung 15 vorgesehen ist, welche die Lage des Servoventils 13 an die Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung 7 rückmeldet.

Soll ein Werkzeug 2 mittels des Werkzeugträgers 1 lagegenau positioniert werden, dann bekommt der Antriebsmotor den Steuerimpuls, das Werkzeug 2 in Richtung der benötigten Stellung zu verdrehen. Der Drehwinkelsensor 5 ermittelt dabei grob den Wert der Lage und gibt den Ist-Wert über die Leitung 10 in die Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung 7 ein, welche den Wert mit dem über die Leitung 9 eingebrachten Soll-Wert vergleicht. Ergibt der Vergleich, daß das Werkzeug 2 etwa im Bereich der Endlage ist, dann vergleicht der Ist/Soll-Wert-Geber 7 die über die Leitung 10 eingegebenen Ist-Werte mit den Soll-Werten, bis eine absolut genaue Lage ermittelt ist, wobei dieser Vergleich ständig durchgeführt wird, und zwar auch während das Werkzeug des Werkzeugträgers 7 arbeitet. Es wird also ständig ermittelt, ob während der Tätigkeit des Werkzeuges eine Abweichung von dem vorgegebenen Soll-Wert erfolgt, wobei im Falle einer solchen ermittelten Abweichung der elektrische Motor 4, bzw. der Hydraulikmotor 14 sogleich eine Korrektur vornimmt und damit das Werkzeug auf hundertstel Grad genau in Position hält. Der Motor muß dabei drehrichtungsumkehrbar sein, wobei die Sensoren, also sowohl der Drehwinkelsensor 5 für die Grobeinstellung und der Winkelsensor 6 für die Feineinstelllung erkennen muß, in welche Richtung der Werkzeugträger 1 verdreht werden muß, um in die richtige Position zu gelangen, bzw. in welche Richtung dieser durch den Motor belastet werden muß, um die vorgegebene Position zu halten.

Stellt die Ist/Soll-Wert-Einrichtung 7 eine längerdauernde Abweichung fest, welche über eine gewisse Zeitdauer nicht korrigiert werden kann, dann schaltet die Hauptsteuerung des Systems ab. Das entsprechende Zeitschaltglied und die Steuerung der gesamten Maschine ist in vorliegendem Fall nicht dargestellt, ist jedoch bei solchen Werkzeugmaschinen serienmäßig. Wenn der Motor als Hydraulikmotor 14 ausgebildet ist, welcher über Druckschläuche beaufschlagt ist, können für einen allfälligen Notstop des Antriebes in diesen Druckleitungen Ventile vorgesehen sein, welche bei Stromlosschaltung der Ventile geschlossen sind. Alternativ dazu könnte eines der Ventile bei Stromlosschaltung in seiner geöffneten Stellung vorliegen, welches in einem Fehlerfall den Motoreingang mit dem Motorausgang kurzschließt.

Es kann bei diesem Hydraulikmotor auch das Ansteuersignal für das Servoventil Rückschlüsse auf die gerade wirkenden Arbeitskräfte ermöglichen, wobei durch Vergleich dieses Indikatorsignals mit der ebenfalls als Signal vorliegenden Hauptspindelleistung eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt werden kann. Überschreitet die Differenz der beiden Signale einen vorgegebenen Wert, so liegt eine Störung vor, und die Gesamteinrichtung kann abgeschaltet werden.

Die in Fig. 3 wiedergegebene Gesamteinrichtung zeigt die Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung an einem Schlitten 16 einer Bearbeitungsmaschine mit einem Reitstock 17, der einer Spindel 18 gegenüberliegt. Die gesamte Einrichtung ist über eine CNC-Steuerting 19 kontrolliert.

Fig. 4 veranschaulicht den Steuerungsablauf bei der Umschaltung auf ein anderes Werkzeug bzw. bei der Festlegung des Werkzeugträgers in der neuen Position. Durch die Vorgabe eines Positionssollwertes wird ein Werkzeug 2 auf dem Werkzeugträger 1 ausgewählt, das in Position gebracht werden soll. Liegt der Ist-Wert des Drehwinkelsensors 5 innerhalb eines vorgegebenen Intervalls um den Soll-Wert, dann ist das Werkzeug 2 bereits grob positioniert und der Regelkreis der Feinpositionierung über den Winkelsensor 6 wird aktiv. Liegt hingegen der über den Drehwinkelsensor 5 gemessene Ist-Wert außerhalb des vorgegebenen Intervalls, dann wird das neue Werkzeug 2 grob positioniert und dann erneut abgefragt, ob das Ist-Wertsignal des Drehwinkelsensors 5 innerhalb des vorgewählten Intervalls um den Soll-Wert liegt. Ist dies der Fall, dann wird der Regelkreis der Feinpositionierung über den Winkelsensor 6 aktiviert. Ist dies nicht der Fall, dann wird über eine Zählschleife ein neuer Positionierungsversuch vorgenommen, bis der Ist-Wert innerhalb des gewünschten Intervalls liegt. Wird hiebei ein vorgegebener Grenzwert an Versuchen überschritten, dann liegt ein Maschinenfehler vor und die Maschine wird über die Steuerung 19 abgeschaltet.

Beim Übergang von der Grob- zur Feinpositionierung wird zunächst überprüft, ob der Ist-Wert des Winkelsensors 6 für die Feineinstellung, welcher hochauflösend ist, mit dem vorgegebenen Soll-Wert übereinstimmt. Ist dies der Fall, dann findet die gleiche Überprüfung erneut statt. Weicht hingegen der Ist-Wert vom Soll-Wert ab, dann wird überprüft, ob die Abweichung kleiner ist, als ein vorgegebener Grenzwert. Trifft dies zu, dann erfolgt eine Nachpositionierung und ein erneuter Vergleich von Ist-Wert des Winkelsensors 6 und Soll-Wert. Ist die Abweichung größer als der vorgegebene Grenzwert, dann erfolgt eine Nachpositionierung über eine Zählschleife. Wird dabei eine vorgegebene Anzahl an Versuchen überschritten, dann liegt ein Maschinenfehler vor und die Maschine schaltet ab (Überlastsicherung).

Claims (5)

1. Anordnung zur lagegenauen Festlegung eines am Revolverkopf einer Bearbeitungsmaschine angeordneten Werkzeugträgers mit mehreren am Werkzeugträger angeordneten Werkzeugen, wobei der Werkzeugträger mittels eines Antriebsmotors (4, 14) um eine Welle drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsstellung des gewählten Werkzeuges (2) der in an sich bekannter Weise auf der Welle (3) des Werkzeugträgers (1) drehschlüssig angeordnete Antriebsmotor (4; 14) durch eine Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung (7) angesteuert und die vorgegebene Drehstellung der Welle (3) dadurch gehalten ist.

2. Anordnung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Hydromotors als Antriebsmotor (4) dieser über ein Servoventil (13) angesteuert ist, dessen Ansteuersignal ein Indikatorsignal für wirkende Bearbeitungskräfte ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Ist-Wertes ein Drehwinkelsensor (5) an der Welle (3) direkt angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Drehwinkelsensor (3) ein weiterer Winkelsensor (6) für die Feineinstellung vorgesehen ist, welcher auf Markierungen des Werkzeugträgers (1) anspricht.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist/Soll-Wert-Vergleichseinrichtung (7) mit einem Zeitglied gekoppelt ist, welches mit der Maschinenansteuerung gekoppelt ist.