DE2005513A1 - Verfahren zur Verstellung eines Werk zeugs mit konstanter Geschwindigkeit und Maschine zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verstellung eines Werkzeugs mit konstanter Geschwindigkeit und Maschine zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstellung eines an einer bewegbaren Halterung mit großer Masse befestigten Werkzeugs mit konstanter Geschwindigkeit während einer knderung der Geschwindigkeit und/oder Richtung der Bewegung der Halterung.
• Bearbeitungsmaschine mit konstanter Werkzeug-Verstellgeschwindigkeit, bei denen das Werkzeug durch einen Koordinatenantrieb auf einer bestimmten Kurve bewegt wird, sind bekannt und finden insbesondere bei automatischen Brennschneidmaschinen oder auch großen Fräsmaschinen Anwendung.
• Im allgemeinen wird bei derartigen Maschinen das Werkzeug von einer fahrbaren Brücke getragen, auf welcher es durch einen quer verfahrbaren Läufer getragen wird, so daß jede beliebige Kurve auf einem unter der Brücke angeordneten Werkstück, z.B. einer Metallplatte, durch Einstellung der entsprechenden Koordinaten in x- und y- Richtung abgefahren werden kann. Die Ans teuerung der Antriebe für Brücke und Läufer wird bei den bekannten Anlagen sowohl manuell als auch durch programmgesteuerte Rechner vorgenommen.
• Von großer Wichtigkeit ist es bei derartigen Maschinen, daß die Verstellgeschwindigkeit des Werkzeugs unter al-Ion Bedingungen konstant bleibt, da anderenfalls das Werkstück mit unterschiedlicher Intensität bearbeistet wird, wodurch z.B. bei einer Brennschneimaschine die Schnittbreite variiert oder bei einer Fräsmaschine unterschiedliche Materialstärken abgenommen werden.
• Diese Forderung nach konstanter Werkzeug-Verstellgeschwindigkeit kann bei bekannten Maschinen insbesondere an Kanten oder Radien mit kleinem Durchmesser nicht erfUllt werden, da die großen Massen von BrUcke und Läufer nur Beschleunigungen bis zu einer bestimmten Grenze zulassen.
• Durch die vorstehend geschilderten Nachteile wird bei bekannten Bearbeitungsmaschinen dieser Art die maximal erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit stark begrenzt. Darüberhinaus tritt bereits bei den zur Zeit erreichten Beschleunigungswerten der Maschinen ein außerordentlich hoher Verschleiß der beweglichen Teile auf, wodurch eine Uberdimensionierung der Anlagen notwendig wird.
• Insbesondere bei Brennschneidmaschinen war es bisher unmöglich, einen rechten Winkel bildende Bahnen zu schneiden, ohne dabei infolge unvermeidbarer Verringerung der Werkzeuggeschwindigkeit vor dem Richtungswechsel untolerierbare Abweichungen der Schnittbreite in Kauf nehmen zu müssen. Deshalb wurde bisher in diesen Fällen das Werkzeug mit konstanter Geschwindigkeit über den Kantenpunkt hinausgeführt, sodann abgestoppt, in einer Kreisbahn unter verändertem Winkel wieder auf den Eckpunkt zugiUhrt, und schließlich der Schnitt unter anderem Winkel mit konstanter Verstellgeschwindigkeit wieder fortgeführt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zum einen der Schneidprozess an Jedem Eckpunkt unterbrochen werden muß und daß darüberhinaus der Verschnitt ungewöhnlich groß wird. Dazu kommt, daß kleine Radien mit den bekannten Bearbeitungsmaschinen aufgrund der dann übermäßig ansteigenden Querbeschleunigungen gar nicht abgefahren werden konnten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also ein Verfahren zur Verstellung eines an einer Halterung mit großer Masse befestigten Werkzeugs mit konstanter Verstellgeschwindigkeit sowie eine Bearbeitungsmaschine für große Werkstücke zu schaffen, welche bei konstanter Werkzeugverstellgeschwindigkeit das Abfahren einer beliebigen Kurvenform ermöglicht. Darüberhinaus soll dabei erfindungsgemäß auf wirtschaftlichste Weise eine Verwendung von schwächer dimensionierten Getrieben und Antriebseinrichtungen für Koordinaten-Antriebe ermöglicht werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in erstç r linie dadurch gelöst, daß das Werkzeug mit einer die Geslr#windigkeit- oder Richtungsänderung der Halterung kompensierenden Eigenbewegung relativ zur Halterung angetrieben wird.
• Dieses Verfahren läßt sich bevorzugt mit einer Bearbeitungsmaschine für große Werkstücke und mit Koordinatenantrieb für die x- und die y-Richtung durchführen, bei welcher das Werkzeug auf einem die durch den Hauptantrieb gesteuerte Bewegung des Werkzeugs unter Konstanthalt>ung der Verstellgeschwindigkeit übersteuernden Hilfsantrieb zur Auslenkung des Werkzeugs relativ zum Hauptantrieb mit geringerer Amplitude als die durch den Hauptantrieb bewirkte Auslenkung gelagert ist.
• Bei einer Bearbeitungsmaschine, bei welcher das Werkzeug an einem Läufer angeordnet ist, der quer verfahrbar an einer in Längsrichtung Uber dem Werkstück verfahrbaren Brücke befestigt ist, kann der Hilrantrieb als praktisch zweiter Koordinatenantrieb mit geringerer Auslenkung auf dem Läufer montiert und sowohl in Brücken- als auch in Läuferfahrtrichtung verfahrbar sein. Beim Abfahren einer Kurve wird dann der Hilfskoordinatenantrieb in eine Position gebracht, welche es ihm ermöglicht, bei einer folgenden Unstetigkeit durch Überlagerung der Bewegung des Hauptantriebs die konstante Werkzeugverstellgeschwindigkeit trotz Verlangsamung des Hauptantriebs aufrechtzuerhalten.
• Besonders hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und einfache Steuerung der Antriebe wird erreicht, wenn zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Rechner vorgesehen ist, welchem die gewünschte Kurve sowie die maximale Verstellgeschwindigkeit eingegeben wird und der aufgrund eines Programms, welches maximal zulässigen Querbeschleunigungen der Hauptantriebe enthält die Haupt- und Hilfsantriebe derart mit Stellsignalen beaufschlagt, daß die vektorielle Summe aller durch die Antriebe hervorgerufenen Bewegungen stets konstant ist.
• Als Ausführungsbespiel ist die Erfindung im folgenden anhand einer Brennschneidmaschine näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Dlrstellung einer Brennschneidmaschine mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Läufers gemäß Fig. 1 von unterßler gesehen, in vergrößertem Maßstab, und Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die Maschine gemäß Fig. 1 In Fig. 1 sind nur diejenigen Teile einer Brennschneidmaschine dargestellt, welche für das Verständnis der Erfindung westentlich sind.
• Eine auf Schienen 4 verfahrbare Brücke 6> welche durch einen Antriebs-Motor My in Richtung der y-Achse bewegt werden kann, überspannt ein Werkstück 8, so daß ein Läufer 10, welcher durch einen Motor Mx auf der Brücke 6 bewegbar angeordnet ist, über jeden Punkt auf dem Werkstück 8 verfahren werden kann.
• Fig. 2 zeigt den Läufer 10 von unten in vergrößertem Maßin stab. Nahe der beiden x-Richtung verlaurenden Kanten des Läufers sind an der Läufer-Unterseite zwei Führungsschlitze 26 vorgesehen, in welche die Räder 24 einer Schiene 22 eingreifen, so daß die Schiene 22 mittels eines Hilfs-Antrieb#motors Mxl längs der Führungsschlitze 26 in Richtung der x-Achse über den Läufer hinweg bewegbar ist. Die Schiene 22 trägt ihrerseits einen Schlitten 20, welcher durch einenHilfsmotor My' in Richtung der y-Achse nach beiden Seiten bewegt werden kann und an welchem die Schneidedüse 2 der Brennschneidmaschine angeordnet ist. Durch diese Lagerung kann die Mlse 2 im Betrieb mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, welche die Resultierende aus den Verstellbewegungen der Antriebsmotoren Mx und My sowie der Hilfs- Antriebsmotoren Mxl und My' ist. Demgemäß können beispielsweise beim Schneiden entlang einer rechtwinklig verlaufenden Kurve der Läufer 10 und die Brücke 6 kurz yor dem Erreichen des Knickpunkts entsprechend ihrer Masse abgebremst werden, gleichzeitig aber durch entsprechende Ansteuerung der Hufs-Antriebsmotoren Mkl, My' die Verstellgeschwindigkeit der Düse 2 aufrecht erhalten und aufgrund der geringen Masse von Schiene 22 und Schlitten 20 ohne übergroße Kräfte infolge starker Beschleunigung um den Knickpunkt geführt werden. Nach dem Schneiden der Ecke kann dann der Hauptantrieb Mx My bei gleichzeitiger Abbremsung des Hilfsantriebs Mxt My' wieder beschleunigt werden, wobei zweckmäßigerweiSe der Hilfsantrieb wieder in eine beispielsweise zentrale Ausgangslage zurückgefahren wird, die unter Berücksichtigüng einer folgenden Unstetigkeit ausgewählt werden kann.
• In Fig. 3 ist ein Rechner 30 dargestellt, welcher aufgrund eines vorher eingegebenen Programms die Antriebsmotoren Mx, Mkt, My, Myt über Treiberstufen 32 mit entsprechenden Stelisignalen beaufschlagt. Der Rechner überprüft dabei in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm konstant die abgegebenen Signale und garantiert eine zuverlässige Einhaltung der Verstellgeschwindigkeit der Düse 2, welche sich aus der vektoriellen Summe der Bewegungen durch die Antriebsmotoren Mx, Mkl, My,und Myt zusammensetzt.
• Der technische Fortschritt und erfinderische Inhalt des Anmeldungsgegenstands wird ersichtlicherweise nicht nur durch die erfindungsgemäßen Einzelmerkmale sondern auch durch die Kombination und Unterkombination aller Anwendung findenden Merkmale gewährletatet.
• Dabei sind Abweichungen vom Ausführungsbeispiel, wie z.B. Verwendung nur eines Hilfsmotors für Bewegung in Brücken-Fahrtrichtung, bei Verwendung von Läufern mit an sich geringer Masse oder Verwendung eines zentralen Antriebs mit veränderlichen Zwischengetrieben an Haupt- und Hilfiantriebe implizit im Erfindungigedanken enthalten.

Claims (5)

P a t e n t a n 5 p ii Ü c h e

1. Verfahren Zur Verstellung eines an einer bewegbaren Halterung mit großer Masse befestigten Werkzeugs mit konstanter Geschwindigkeit während einer Ande-ung der Geschwindigkeit und / oder Richtung der Bewegung der Halterung, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit einer die Geschwindigkeit- oder Richtungsänderung der Halterung kompensierenden Eigenbewegung relativ zur Halterung angetrieben wird.

20 Verfahren nach Anspruch ir dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung nur bis zu einem bestimmten Beschleunigungsgrenzwert angesteuert wird, und daß die zur Einhaltung der konstanten Verstellgeschwindigkeit, insbesondere an Unstetigkeiten oder UmI#ehrpur1cten der durch das Werkzeug beschriebenen Kurve notwendige Beschleunigungserhöhlung über den Grenzwert der Halterung durch entsprechenden Antrieb des Werkzeugs relativ zur @@@terung ausgeglichen wird.

3. Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für große Werkstücke und mit Koordinaten-Antrieb für die x- und die y-Richtung (Hauptantrieb), dadurch gekeiinzeichnet, daß das Werkzeug (2) auf einem, die durch den Hauptantrieb gesteuerte Bewegung des Wer:-zeugs unter Konstanthalterung der Verstellgeschwindigkeit übersteuernden Hilfsantrieb zur Auslenkung des Werkzeugt relativ zum Hauptantrieb mit geringerer Amplitude als die durch den Hauptantrieb bewirkte Auslenkung gelagert ist.

4. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3, bei welcher das Werkzeug an einem Läufer angeordnet ist, der quer verfahrbar an einer in Längsrichtung über dem Werkstück verfahrbaren Brücke befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb auf dem Läufer (10) montiert und sowohl in Brücken- als auch in Läuferfahrtrichtung verfahrbar ist,

5. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner (30) zur Konstanthaltung der vektoriellen Summe der durch den Hauptantrieb und den Hilfsantrieb hervorgerufenen Bewegungen vorgesehen ist.

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