DE2017427C3 - Vorrichtung zur adaptiven Regelung bei Kopierwerkzeugmaschinen, insbesondere Kopierdrehmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur adaptiven Regelung bei Kopierwerkzeugmaschinen, insbesondere Kopierdrehmaschinen, bei der eine von der Schnittleistung am Werkstück abhängige Größe meßbar ist und abhängig vom Meßergebnis die vom Kopierfühler nach Maßgabe der Kontur einer Schablone gesteuerte Bewegung eines Werkzeugs nach Vorschub und Schnittiefe selbsttätig korrigierbar ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Vorrichtung Bezug genommen, wie sie aus dem Buch von W. S c h m i d »Automatologie«, Carl Hanser Verlag, München, 1952, Seiten 261 -263 bekannt ist.

Bei dieser Vorrichtung wird der beim Kopiervorgang vom Werkzeug zu überwindende Widerstand durch ein Meßorgan — ζ. B. einen Schnittkraftmesser, Strom- oder Leistungsmesser — erfaßt und abhängig vom Meßergebnis die vom Fühler gelenkte Bewegung des Werkzeuges nach Vorschub und Schnittiefe selbsttätig «o korrigiert.

Im bekannten Falle ist es unvermeidbar, daß auch bereits fertigbearbeiteie Konturabschnitte abgefahren werden, wodurch die Bearbeitungszei*. unnötig verlängert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung Bearbeitungszeit einzusparen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die abzufahrende Kontur in Bereiche unterteil!! ist, deren Grenzen durch auf der Maschine angeordnete Signalgeber markiert sind, und daß in jedem Bearbeitungszyklus diejenigen Bereiche überfahrbar oder auslaßbar sind, in denen der Fühler im vorhergehenden Bearbeitungszyklus nicht mehr von der Kontur der Schablone abgehoben hat.

Auf diese Weise läßt sich unnötiges Abfahren von Konturabschnitten vermeiden und damit der Fertigungsvorgang beschleunigen bzw. die Fertigungszeit abkürzen.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 das Schema einer adaptiv gesteuerten Kopierdrehmaschine,

F i g. 2 Schablone, Werkstück und Bereichseinteilung und

F i g. 3 eine Schaltung zur Bereichsauswahl in den einzelnen Bearbeitungszyklen.

Auf der in F i g. 1 schematisch dargestellten Drehmaschine 1 soll ein Werkstück 2 mit der Rohkontur 3 bis zur Fertigkontur 4 bearbeitet werden. Hierzu werden die Vorschübe eines Supportes 8, auf dem ein Drehstahl 7 befestigt ist, durch eine Kopisreinrichtung gesteuert. Diese besteht im wesentlichen aus einer Schablone 5, die die fertige Endkontur 6 enthält, und einem auslenkbaren Fühler 9, der starr — durch Linie 10 angedeutet — mit dem Werkzeug 7 gekuppelt ist und über einen Kopierregler 15 entsprechend seiner Auslenkung Signale an Drehzahlregler 11 und 12 von Gleichstromantrieben 13 und 14 des Supportes 8 gibt.

Derartige Kopiersteuerungen sind bekannt. Die Anordnung wirkt derart, daß der Fühler 9 beim Entlangfahren an der Schablone 5 Richtung und Betrag der Auslenkung feststellt. Die Richtung der Auslenkung wird mechanisch auf einen nicht gezeigten und im Fühler eingebauten Drehmelder übertragen, der die vorgewählte Vorschubgeschwindigkeit in die für die Antriebe 11 und 12 erforderlichen Komponenten zerlegt. Diese Zerlegung ergibt eine tangentiale Bewegung zur Kontur 6 der Schablone 5.

Unabhängig davon wird der Betrag der Fühlerauslenkung auch noch mit einem induktiven Weggeber gemessen. Ein konstanter, mechanisch eingestellter Wert stellt dabei die Bezugsauslenkung dar. Abweichungen hiervon werden zur Korrektur in Normaienrichtung (senkrecht zur Tangentenrichtung) verwendet. Dazu wird die Korrekturgröße auf die zweite Primärwicklung des Drehmelders gegeben und somit vektoriell zum Betrag für die Tangentenrichtung addiert.

Zum Annähern an die Schablone 5 werden die 4 Hauptrichtungen an einem Schalter für den Drehmelder vorgewählt. Eine Steuerung dieser Art ist ausführlich in der Siemens-Zeitschrift, Juni 1969, Seiten 505 bis 508 beschrieben.

Zusätzlich zu dieser bekannten Kopiereinrichtung ist nun noch eine Überwachung des Drehmomentes der Arbeitsspindel der Drehmaschine 1 vorgesehen. Ein dem gemessenen Drehmoment proportionales Signal wird über eine Leitung 17 einem Adaptionsregler 16 zugeführt, der abhängig von dieser gemessenen Größe die Vorschübe in den einzelnen Richtungen Z, Xin ihren Größen und Richtungen zusätzlich zum Fühler 9 bestimmt, wie anhand von F i g. 2 näher erläutert wird.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, fährt der Fühler 9 vom Bearbeitungsanfang BA in Fühlrichtung — X auf die Schablone 5 und erreicht diese z. B. im Punkt A. Gleichzeitig wird das Werkzeug 7 mitgezogen.

Durch die Berührung der Schablone 5 wird der Fühler 9 ausgelenkt und gibt somit eine Spannung ab. Eine nichtgezeigte Grenzwertstufe gibt — nach dieser ersten Schablonenberührung — die Leitrichtung +Zoder — Z, in diesem Fall — Z, frei. Der Kopiervorgang kann nun beginnen. Das Werkzeug 7 fährt hierbei allerdings noch in Luft, und zwar im Schnellgang.

Im Punkt B trifft z. B. das Werkzeug 7 auf das Werkstück 2 mit der Rohkontur 3 auf. Hierdurch tritt an der Arbeitsspindel der Drehmaschine 1 ein immer höheres Drehmoment auf. Der Fühler 9 möchte nun das Werkzeug 7 immer mehr in Richtung der Kontur 6 in das Material hineinziehen. Hierdurch steigt das Drehmoment weiter an. Ab einer bestimmten Größe des Drehmomentes wird die Vorschubgeschwindigkeit V in —Z-Richtung geregelt, und zwar zu kleineren Werten hin. Da in diesem Fall das Werkzeug 7 nur in Leitrichtung fährt, wird also die Leitgeschwindigkeit vermindert, und zwar umsomehr, je mehr das

Drehmoment steigt. Wird ein bestimmter Wert V_mi„ unterschritten, so ist eine weitere Bearbeitung in Längsrichtung —Znicht mehr sinnvoll. Das Werkzeug 7 wird daher durch Befehle des Adaptionsreglers 16 in Planrichtung + X herausgezogen. Gleichzeitig hebt auch der Fühler 9 von der Schablone 5 ab. Nun hat die Adaption vor dem Kopieren Vorrang. Das Werkzeug 7 wird in Planrichtung +X soweit herausgezogen, bis an der Oberfläche das Drehmoment einen bestimmten vorgegebenen Wert wieder unterschreitet Das Werkzeug 7 zieht jetzt in Längsrichtung —Zden ersten Span ab, vgl. Weg a. Der Vorschub in Längsrichtung —Zwird dabei in bekannter Weise nach Maßgabe des gemessenen Drehmomentes, das hier als von der Schnittleistung abhängige Größe herangezogen wird, geregelt.

Das Werkzeug 7 fährt solange in Längsrichtung — Z bis der Fühler 9 z.B. im Punkt C wieder auf die Schablone 5 trifft. Nun übernimmt wieder das Kopieren die Führung, wobei der Vorschub nach wie vor von der Adaption beeinflußt werden kann.

Bei einer derartigen Arbeitsweise sind folgende Forderungen an die Kopiereinrichtung zu stellen: Der nichtgezeigte Drehmelder im Fühler 9 muß in einer ganz bestimmten Lage stehen, wenn der Fühler 9 wieder auf die Schablone 5 trifft, da die Kopierregelung wissen muß, in welcher Richtung sie weiterarbeiten soll. Dies kann erreicht werden durch ein Voreinstellen des Drehmelders, sobald die Schablone 5 verlassen ist, z. B. durch eine Grenzwertstufe. Dieses Ausrichten des Drehmelders ist der gleiche Vorgang, wie er vor dem ersten Anfahren des Fühlers 9 an die Schablone S notwendig ist.

Bei dem skizzierten Werkstück kann nach Auftreffen des Fühlers 9 auf die Schablone 5 nur ein Weiterfahren in +X oder —Z-Richtung möglich sein. Eine andere Möglichkeit ist bei diesem Werkstück 2 nicht sinnvoll. Das Gleiche läßt sich für eine Vielzahl weiterer Werkstücke sagen.

Ist das Ende der Schablone 5 erreicht, muß der Fühler 9 und damit das Werkzeug 7 in herkömmlicher Weise, «o z. B. durch den Befehl eines nicht gezeigten Endschalters, auf den Bearbeitungsanfang BA zurückfahren.

An die Steuerung insgesamt ist folgende Forderung zustellen:

Der Fühler 9 hat bei diesem ersten Durchlauf a an «5 irgendeiner Stelle von der Schablone 5 abgehoben. Das ist ein Kriterium dafür, daß die Kontur 6 noch nicht an allen Stellen erreicht ist. Die Steuerung muß das dahingehend auswerten, daß der Durchlauf ein weiteres Mal beginnt. Bei einem neuen Startbefehl, der intern von der Steuerung gegeben wird, fährt also der Fühler 9 — und damit auch das Werkzeug 7 — wieder auf den Punkt A.

Erst wenn der Fühler 9 die Schablone 5 an keiner Stelle mehr verläßt, ist die gewünschte Kontur 6 erreicht. Ein weiterer Durchlauf braucht dann nicht mehr vorgenommen zu werden.

Eine derartige Arbeitsweise bedeutet, daß die Kontur 6 an manchen Stellen mehrere Male unnötigerweise abgefahren wird, was einen Zeitverlust darstellt.

Es ist daher weitergehend die Forderung an die Steuerung zu stellen, daß abgefahrene Konturteile nicht wieder durchfahren werden. Dabei ist hier vorgesehen, daß die Längsachse Z der Maschine — und damit die abzufahrende Kontur — in Bereiche unterteilt wird, wobei die Bereichsgrenzen der einzelnen Bereiche B 1 bis B 8 durch Nocken 18 gebildet werden können, die jeweils einen am Werkzeugschlitten 8 angebrachten,

z. B. beruhrungslosen Endschalter 19 betätigen. Die gegenseitige Anordnung, d. h. der gegenseitige Abstand, der Nocken 18 kann je nach Werkstück und Arbeitsbedingungen verändert werden. Je feiner die Unterteilung vorgenommen wird, d. h. je mehr Nocken gesetzt werden, umso weniger werden bereits fertige Konturteile überfahren. Der Aufwand in der Steuerung steigt allerdings wiederum mit der Anzahl der Nocken 18

Die Bereichseinteilung kann dahingehend ausgewertet werden, daß dann, wenn in einem bestimmten Bereich die Kontur 6 vom Fühler 9 verlassen wird oder bereits bei Erreichen eines neuen Bereiches die Kontur verlassen ist, dieses in einem Speicher erfaßt wird.

Falls — wie bei dem in der Zeichnung dargestellten Werkstück — die Bereiche, in denen der Fühler in den Bearbeitungszyklen noch von der Schablone abhebt, am Anfang des Bearbeitungsweges liegen, so können diese Bereiche einfach durch Zählung erfaßt werden.

Beim nächsten Durchlauf wird dann solange gefahren, bis die z. B. in einem ersten Zähler (Zähler 24, F i g. 3) gespeicherte Zahl von Bereichen durchfahren ist. Dann zieht das Werkzeug 7 vom Werkstück 2 zurück und fährt auf den Bearbeitungsanfang BA zurück.

Während dieses zweiten Durchlaufes kann gleichzeitig gespeichert werden, z. B. in einem weiteren Zähler (Zähler 25, F i g. 3), welche Bereiche bei diesem zweiten Durchlauf noch nicht voll abgearbeitet worden sind.

Im dritten Durchlauf wird dann wieder soweit gefahren, bis alle im zweiten Zähler erfaßten Bereiche abgearbeitet sind, usw.

Wird in einem /Men Durchlauf die Kontur nicht mehr verlassen, so bleibt der entsprechende Zähler leer. Dies bedeutet für die Steuerung, daß der Bearbeitungsvorgang beendet ist.

Da die Adaption vorwiegend zur Steuerung des Schruppvorganges geeignet ist, erscheint es — abhängig von den Anforderungen an das Werkstück — zweckmäßig, einen Schlichtvorgang folgen zu lassen. Dabei kann die Adaption ausgeschaltet werden.

Anhand von Fig. 3 wird nunmehr das Auslassen bereits abgearbeiteter Bereiche näher erläutert.

Durch den Befehl »Start« an der Klemme St wird ein erstes Gedächtnis 20 in eine definierte Lage gesetzt und gibt an seinem Ausgang A 1 das Signal für den ersten Durchlauf ab. Ferner werden durch das Signal »Start« die Vorwärts-Rückwärtszähler 24 und 25 gelöscht, so daß an allen Ausgängen 1 bis π der einzelnen Stufen O-Signal ansteht. Ferner wird durch das Startsignal ein zweites Gedächtnis 21 so gesetzt, daß durch das Ausgangssignal am Ausgang Ao zwei Gatter 30 und 31 sowie zwei Koinzidenzgatter 26 und 27 gesperrt werden.

Durch das Ausgangssignal am Ausgang A 1 des ersten Gedächtnisses 20 wird der Vorbereitungseingang für die Vorwärtszählung V des Vorwärts-Rückwärtszählers 24 freigegeben.

Wird beim ersten Bearbeitungsvorgang die Schablone 5 im Punkt A zum erstenmal vom Fühler 9 erreicht, so erhält der Vorwärts-Rückwärtszähler 24 über das Gatter 23 von der Klemme AP den ersten, z. B. von einem nichtgezeigten Endschalter stammenden Impuls.

Beim Überfahren jeder weiteren der durch einen der Nocken 18 markierten Bereichsgrenzen, an der die Kontur 6 noch nicht erreicht ist, wird von dem Endschalter 19 ein Gatter 22 und das Gatter 23 ein weiterer Impuls auf den Vorwärts-Rückwärtszähler 24 gegeben. Das Gatter 22 ist hierbei freigegeben, solange

der Fühler 9 ein Signal abgibt, daß der die Kontur verlassen hat, und das Gatter 22 wird beim Erreichen der Schablone im Punkt C(F i g. 2) wieder gesperrt. Der Vorwärts-Rückwärtszähler 24 merkt sich also diejenigen Bereiche Sl bis ß8, in denen im ersten Durchlauf (strichpunktierte Linie a, F i g. 2) die Kontur vom Fühler bzw. Werkzeug noch nicht erreicht worden ist.

Während dieses ersten Durchlaufs wird durch das Signal am Ausgang Ao des Gatters 21 durch entsprechende Sperrung der Koinzidenzgatter 26 und 27 die Ausgabe des Rückzugsbefehles RL über Gatter 28 und 29 gesperrt; d.h., es muß die ganze Schablone 5 zumindest einmal abgefahren werden. Das Ende der Schablone 5 wird z. B. durch einen nichtgezeigten Endschalter gemeldet. Werkzeug 7 und Fühler 9 fahren dann wieder auf den Bearbeitungsanfang BA zurück. Von hier beginnt der zweite Durchlauf.

Das Werkzeug 7 und der Fühler 9 fahren wieder auf die Schablone 5 bzw. das Werkstück 2 zu. Im Punkt A wird wieder die Schablone 5 erreicht. Hierdurch wird ein Signal auf die Klemme AP gegeben, das nunmehr das Gedächtnis 20 umsetzt und an seinem Ausgang Ao das Signal für den zweiten Durchlauf freigibt. Durch das Signal am Ausgang Ao wird ferner das Gedächtnis 21 umgesetzt, so daß die Sperre der Gatter 30, 31, 26 und 27 aufgehoben wird. Das Ausgangssignal am Ausgang Ao des Gedächtnisses 20 gelangt außerdem noch an den Vorbereitungsausgang für die Rückwärtszählung des Vorwärts-Rückwärtszählers 24 und an den Vorbereitungseingang für die Vorwärtszählung des Vorwärts-Rückwärtszählers 25. Hierdurch wird der Zähler 24 durch das noch an der Klemme AP anstehende Signal um einen Schritt zurückgezählt und der Zähler 25 um einen Schritt vorgezählt.

In dem nun folgenden Bearbeitungszyklus wird durch die vom Endschalter 19 stammenden Bereichsimpulse der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 24 jeweils um einen Schritt zurückgezählt und der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 25 um jeweils einen Schritt vorwärts gezählt.

Sobald der Zähler 24 leergezähll ist, wird über da Gatter 26 ein Koinzidenzsignal gebildet. Das Koinzi denzsignal bedeutet, daß alle Bereiche, in denen bein vorhergehenden Durchlauf noch etwas abzuarbeitei war, durchfahren sind. Das vom Koinzidenzgatter 2( über die Gatter 28 und 29 ausgegebene Signal Rl bewirkt den Rücklauf des Werkzeuges vom Werkstücl· und das Fahren auf den Bearbeitungsanfangspunkt BA.

Während dieses zweiten Bearbeitungsdurchlaufs ha sich der Zähler 25 gleichzeitig diejenigen Bereich» gemerkt, in denen die Kontur 6 bei diesem Durchlau noch nicht vollständig erreicht wurde. Beim erneuter Durchlauf, d. h. beim dritten Durchlauf, wird nur wiederum solange gefahren, bis der Zähler 21 leergezählt ist; die dann in dem darauf folgender Bearbeitungszyklus noch zu fahrenden Bereiche hat siel hierbei der Zähler 24 gemerkt.

Die Bearbeitung des Werkstückes 2 ist beendet, wenr der Fühler 9 während des ganzen Bearbeitungsvorgan ges nicht mehr von der Schablone 5 abgehoben hat, d. h also, wenn beim letzten Durchlauf der sich die Bereichszahl merkende Zähler keinen Puls mehr erhält.

Bei der beschriebenen Schaltung wurde davor ausgegangen, daß nur eine ganz bestimmte Kontui vorliegt, bei der nirgends eine Verringerung de; Drehdurchmessers, z. B. durch einen Einstich o. ä. vorgenommen wird. Grundsätzlich wäre es jedoch aucr möglich, diese Änderungen zu erfassen; man käme allerdings nicht mehr mit einer Bereichszählung aus sondern müßte gesonderte Speicher für jeden Bereichs teil vorsehen.

Weiterhin sei noch erwähnt, daß von der Adaptior her auch die Möglichkeit einer Zustellung in —X-Rich tung besteht, sofern eine derartige Kontur von dei Kopiereinrichtung bzw. vom Werkzeug selbst gefahrer werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur adaptiven Regelung bei Kopierwerkzeugmaschinen, insbesondere Kopierdrehmaschinen, bei der eine von der Schnittleistung am Werkstück abhängige Größe meßbar ist und abhängig vom Meßergebnis die vom Kopierfühler nach Maßgabe der Kontur einer Schablone gesteuerte Bewegung eines Werkzeugs nach Vorschub und Schnittiefe selbsttätig korrigierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die abzufahrende Kontur in Bereiche (Bi bis B8) unterteilt ist, deren Grenzen durch auf der Maschine angeordnete Signalgeber (18,19) markiert sind, und daß in jedem Bearbeitungszyklus diejenigen Bereiche überfahrbar oder auslaßbar sind, in denen der Fühler (9) im vorhergehenden Bearbeitungszyklus nicht mehr von der Kontur (6) der Schablone (5) abgehoben hat.