DE2020347A1

DE2020347A1 - Fuehlerregelkreis mit Masskontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE2020347A1
Application number: DE19702020347
Authority: DE
Inventors: Cudnohufsky Sylvester Ray
Original assignee: CUDNOHUFSKY SYLVESTER RAY
Current assignee: CUDNOHUFSKY SYLVESTER RAY
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-04-25
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1301563A; DE2020347C3; DE2020347B2; US3555941A

Description

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Sylvester Ray Cudnohufsky Pontiac / Michigan / USA

Fühlerregelkreis mit Maßkontrolleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Fühlersteuerung insbesondere von der Art, welche eine hydraulisch gesteuerte Einrichtung zur Verstellung des PositionsVerhältnisses zwischen dem Meissel und der Fühlerschablone zur Veränderung des Maßes des zu bearbeitenden Werkstücks besitzt.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung stellt eine Verbesserung der Fühlersteuerung nach dem USA-Patent 2.940.263 dar. Wie in dem genannten Patent gezeigt, werden die Elemente einer fühlergesteuerten Werkzeugmaschine gewöhnlich durch eine Schablone, einen Taster, der an der Schablone anliegt, und einen Teil des Haupt-Fühlersteuerungsventils bildet bzw. dieses betätigt, durch das Hauptsteuerungsventil selbst und durch die Betätigungsvorrichtungen gebildet. Die Betätigungsvorrichtungen (beispielsweise Hydrozylinder) betätigen einen Kreuzschlitten, dessen unterer Teil als Hauptechlitten bezeichnet wird und beispielsweise in einer Drehmaschine iich in der Längerichtung des Bettes derselben bewegt, während der obere Teil (der normalerweise al·? Planschlitton bezeichnet >-/ird) eine VorBChubbewogunp;

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quer zum Drehmaschinenbett ausführt. Die Missel und das Hauptventil sind gewöhnlich auf dem Planschlitten angeordnet und die Schablone gewöhnlich in einer festen Stellung auf der Drehmaschine.

Bei einer Anordnung der vorangehend beschriebenen Art, wenn das System richtig eingestellt und der Fühlertaster sich in voller Berührung mit der Schablone befindet, bearbeitet das Werkzeug das Werkstück längs der gewünschten Fertigform, Schneidwerkzeuge nutzen sich jedoch ab oder erfahren einen Bruch, so daß sie von Zeit zu Zeit umgespannt oder ausgewechselt werden müssen. DAs Umspannen oder Auswechseln eines Meisseis od. dgl. führt gewöhnlich zu Abweichungen von dem gewünschten Verhältnis zwischen dem Werkzeug und der Schablone. Unter solchen Umständen werden im allgemeinen der Taster oder Fühler und das Hauptventil nachgestellt, um das gewünschte Verhältnis zwischen dem Werkzeug und der Schablone herbeizuführen. Normalerweise geschieht dies dadurch, daß das Hauptventil auf einem kleinen, von Hand betätigbaren Hilfsschlitten angeordnet wird, der auf dem Planschlitten gelagert ist. Ein solcher Hilfsschlitten wird gewöhnlich als Mikroschlitten bezeichnet und verwendet eine Leitspindel und ein Mikrometer. Das Nachstellen des Verhältnisses zwischen dem Meissel und der Schablone mittels eines Mikroschlittens bringt mehrere Nachteile mit sich und kann zu Fehlern führen. Die Möglichkeit von Fehlern ergibt eich aus Schwankungen in dem Taater-Schablonen-Anpreßdruck, dem Flankenspiel in der Leitspindel und der Herstellungstoleranzen, auf welche die Leitspindel bearbeitet ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer hydraulischen Steuerung bei einer Werkzeugmaschine, um eine Verlagerung eines Mciaaele mit bezug auf das Virkstüok zur genauen Kon-

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trolle eines zu bearbeitenden Maßes ai ermöglichen.

Desgleichen soll durch die Erfindung eine hydraulische Fühlersteuerung für eine Werkzeugmaschine geschaffen werden, welche eine hydraulisch betätigbare Einrichtung zur Veränderung der Position des Meisseis mit bezug auf das Werkstück aufweist, um das Werkstück auf ein bestimmtes gewünschtes Maß zu bearbeiten.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte hydraulische Fühlersteuerung mit der Maßkontrolleinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht des Haupt-Fühlersteuerungsventils im Schnitt, welche die Maßkontrolleinrichtung gemäß der Erfindung eingebaut zeigt;

Fig. 3 eine hydraulische Fühlersteuerung von der in Fig.l dargestellten Art mit einer anderen Ausführungsform der Maßkontrolleinrichtung für mehrere Meissel;

Fig. U eine Ansicht im Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Maßkontrollventils zur Verwendung für die Steuerung nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Fühlersteuerung ist in ihrem wesentlichen Aufbau und in ihrer Arbeitsweise der Fühlersteuerung ähnlich, die in dem vorgenannten Patent beschrieben und dargestellt ist. Die in Fig. 1 gezeigte Steuerung ist in stark vereinfachter Form und nur mit den Hauptbestandteilen dargestellt, die zum Verständnis der Erfindunp, erforderlich sind. Alle richtungsabhängigen Ventile und anderen Steuerventile, die zum Verständnis der

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Erfindung nicht wesentlich sind, sind in Fig. 1 nicht gezeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Fühlersteuerung ist in Verbindung mit einer Drehmaschine gezeigt, die. einen Hauptschlitten 10, welcher durch einen Vorschubzylinder 12 betätigbar ist, und einen Planschlitten IU besitzt, der durch einen Zustellzylinder 16 betätigbar ist. Das Haupt-Fühlersteuerungsventil 18 und der Meissel 20 sind auf einem Planschlitten 14 angeordnet. Das Ventil 18 ist mit einem Taster 22 versehen, welche für die Anlage an einer fest auf der Drehmaschine angeordneten Schablone 24 bestimmt ist und deren Umriß oder Form folgen soll.

Die Druckquelle zur Betätigung der Zylinder 12 und 16 wird durch zwei Hydropumpen gebildet, die mit 26 und 28 bezeichnet sind. Die Pumpe 26 kann als die Niederdruckpumpe bezeichnet werden, welche einen verhältnismässig niedrigen, im wesent-

2 liehen konstanten Druck von beispielsweise 28 kg/cm (400 psi) entwickeln kann. Die Pumpe 28 kann andererseits als die Hochdruckpumpe bezeichnet werden, welche augenblicklich einen

2 verhältnismässig hohen Druck von beispielsweise 70 kg/cm (1000 psi) entwickeln kann. Die Pumpe 26 ist durch eine Förderleitung 30 mit dem Stangenende 32. des Zylinders 12 verbunden. Der maximale in der Förderleitung 30 entwickelte Druck wird durch die Einstellung eines Druckminderventils 34 geregelt. Die Pumpe 28 ist durch eine Förderleitung 36 mit dem Stangenende 38 des Zylinders 16 verbunden. Eine AbzweigfOrderleitung 40 verbindet die Förderleitung 36 mit einem Einlaßkanal des Ventils 18. Der Auslaß des Ventils 18 ist durch eine Ableitung 42 mit einem Tank verbunden, der bei 44 gezeigt ist. Das Kolbenende 46 des Zylinders 12 und das Kolbenende 48 des Zylinders 16 sind durch eine gemeinsame Auetrittsleitung 50 verbunden, in welcher aus Gründen der Stabilität ein Strömung*· regelventil 52 angeordnet ist* Das aus den Kolbenenden der

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Zylinder 12 und 16 austretende Öl wird über eine Leitung 54 und ein Vorschubregelorgan 56 zum Tank 44 geleitet. Das Vorschubregelorgan 56 kann ein Strömungsregelventil, eine Speisepumpe oder irgendeine andere Einrichtung zur Regelung der Strömung aus den Zylindern 12 und 16 zum Tank mit einer bestimmten Geschwindigkeit sein.

Wie in dem vorgenannten Patent erläutert, bedingt die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Fühlersteuerung den Ausgleich des Druckes in der. Förderleitung 36, welche λ das Stangenende des Zylinders 16 entgegen dem Druck in der Förderleitung 30 speist, welch letzterer Druck über den Zylinder 12 und die Leitung 50 dem Kolbenende des Zylinders 16 zugeführt wird. Der Höchstdruck in der Förderleitung 38 wird durch die Einstellung eines DruckminderventiLs 58 begrenzt. Der in jedem besonderen Augenblick in der Förderleitung 36 herrschende Druck wird jedoch durch den Grad bestimmt, bis zu welchem die Strömung durch das Ventil 18 durch den Taster 22 beschränkt wird. Wenn die Beschränkung im Ventil 18 zunimmt, nimmt der durch die Pumpe 28 in der Leitung 36 entwickelte Druck zu, so daß der Druck im Stangenende des Zylinders 16 ebenfalls zunimmt und den Planschlitten zurückzieht, wenn er den Druck im Kolbenende des Zylinders 16 übersteigt. Das Kolbenende des Zylinders 16 wird durch den Gegendruck unter Druck gesetzt, der durch den Druckabfall über die Vorschubregeleinrichtung 56 entwickelt wird. Wenn beide Pumpen 26, 28 in Betrieb sind, und das System die in Fig, I gezeigte Anordnung aufweist, liegt der Taster 22 an der Schablone 24 an, und folgt dem Umriß derselben, während er sich in einer Richtung von rechts nach links bewegt. Der Meissel 20 folgt einer Bahn, die der Bahn des Tasters 22 entspricht, und bearbeitet einen entsprechenden Umriß am Werkstück, das allgemein mit 60 bezeichnet ist. Die eigentliche Ar-

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beitsweise des Ventils 18 ergibt sich am besten aus Fig. 2, in welcher der Einlaßkanal, an den die Förderleitung HO angeschlossen ist, mit 62 bezeichnet ist, wahrend der Auslaßkanal, an den die Ableitung 42 angeschlossen ist, mit 64 bezeichnet ist. Der Taster 22 liegt gegen einen Stift 66 an, der seinerseits gegen das eine Ende eines Kolbens 68 anliegt. Das obere erweiterte Ende des Kolbens 68 ist in einer Bohrung 70 gleitbar. Das untere schmälere Ende des Kolbens 68 ist in einer Bohrung 72 von geringerem Durchmesser als die Bohrung 70 gleitbar. Den? Äuslaßkanal 64 steht mit der Bohrung 72 in Verbindung. Der Einlaßkanal 62 steht mit einer Ringkammer 74 in ferblndung. Die Kammer 74 steht ihrerseits mit einer erweiterten Kanuner 76 über eine ringförmige Öffnung 78 in Verbindung,, welche durch eine Schulter 80 am oberen Ende der Ringkaramer 74 und eine ringförmige Schulter 82 am Kolben 68 begrenzt wird. Eine Anzahl radialer Kanäle 84 im Kolben 68 stellen mit der erweiterten Kammer 76 an ihren äusseren Enden in Verbindung, während die Kanäle 84 an ihren innapen Enden mit einem axialen Kanal 86 in Verbindung stehen, der sich im Kolben 68 nach unten zu der durch die engere Bohrung 72 begrenzten Kammer erstreckt. Bei dieser Anordnung verändert sich der Druck am Einlaßkanal 62 entsprechend der Drosselung an der ringförmigen Öffnung 78, die ihrerseits durcli die Stellung des Tasters 22 bestimmt wird. Wenn der Taster durcli die Anlage an der Schablone 24 ausgelenkt wird, wird der Kolben 68 nach unten verschoben, wodurch eine stärkere Drosselung an der ringförmigen Öffnung 78 erhalten und dadurch der Druck am Einlaßkanal 62 und in die Förderleitung 36 erhöht wird. Das durch die ringförmige Öffnung 78 und in die Kammer 76 fliessende öl wird zu dem Teil 72 mit der engeren Bohrung über die Kanäle 84, 86 geleitet und aus dem Ventil zum Tank durch den Auslaßkanal δ% abgeleitet.

Die vorangehende Beschreibung *ellt eine kürze Zusammenfas-

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sung der Anordnung und der Arbeitsweise der in dem vorgenannten Patent beschriebenen und dargestellten Steuerung dar. Die durch die Erfindung an der in Fig. 1 gezeigten Steuerung erzielte Verbesserung sieht einen Umgehungskanal 88 vor, der, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, mit einer Abzweigförderleitung 40 an seinem einen Ende und mit einer Austrittsleitung 42 am anderen Ende verbunden ist. Der Kanal 88 hat die Aufgabe, das öl um das Ventil 18 herum umzuleiten. Der ölfluß durch den Kanal 88 wird durch ein von Hand verstellbares Ventil 90 geregelt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten besonderen Ausführungsform besitzt das Ventil 90 einen Ventilkörper 92, der durch Schrauben 94 am unteren Ende des Ventils 18 angebracht ist. Der Ventilkörper 92 ist mit einem Kanal 96 ausgebildet, der an seinem einen Ende mit dem Kanal 98 in Verbindung steht, welcher sich zum Einlaßkanal 62 erstreckt und an seinem entgegengesetzten Ende mit einem Kanal 100 in Verbindung steht, der sich zur Auslaßöffnung 64 erstreckt. Eine öffnung 102 im Kanal 96 wird in ihrer Grosse durch ein von Hand verstellbares Nadelventil 104 geregelt. Das Nadelventil wird durch einen Mikrometermechanismus 106 betätigt, der die Stellung des Nadelventils 104 und damit den Grad der Drosselung der öffnung 102 sichtbar anzeigt. Wenn das Nadelventil 104 den Umgehungskanal 96 völlig blockiert, muß das durch das Ventil 18 fliessende öl zwangsläufig durch die verengte ringförmige öffnung fliessen und es stabilisiert sich, wie vorangehend beschrieben, der Kolben 68 in einer Stellung, in welcher die Grosse der öffnung 78 derart ist, daß der Druck im Stangenende 38 des Zylinders 16 gegen den Druck in Kolbenende des Zylinders 16 ausgeglichen ist. Dies ergibt «inen festgelegten Druck des Tasters gegen die Schablone undduit eine feste Stellung des Planschlittens 14 und des Werkzeugs 20 mit bezug auf das Werkstück 60.

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Wenn das Nadelventil 1OM- betätigt wird, um eine Strömung durch den Umgehungskanal 96 zu ermöglichen, wird das mikrometerbetätigte Nadelventil 1OU einem Druckabfall zwischen dem Einlaßkanal 62 und dem Auslaßkanal 64 ausgesetzt. Je weiter das Ventil 1OU geöffnet wird, desto stärker ist die Strömung durch den Kanal 96 und desto grosser, die um die öffnung 78 herumgeleitete ölmenge. Bei jeder gegebenen Einstellung des Nadelventils 104 wird eine bestimmte Strömungsmenge um die öffnung 78 herum umgeleitet. Daher muß bei einer besonderen Einstellung des Ventils 104, damit der Druck in der Förderleitung 36 den Druck im Kolbenende des Zylinders 16 ausgleichen kann, der Kolben 68 nach unten verschoben werden, um den Spalt an der öffnung 78 zu verringern. Dies erfordert eine stärkere Auslenkung des Tasters 22 mit bezug auf die Schablone 24 und führt dazu, daß der Planschlitten 14 näher zum Werkstück 16 bewegt wird. Da das Werkzeug 20 so angeordnet ist, daß es sich mit dem Planschlitten 14 bewegt, wird es näher zum Werkstück bewegt, so daß der Durchmesser um den Betrag bearbeitet wird, mit welchem der Planschlitten zum Werkstück bewegt worden ist.

Mit Hilfe der öffnung 102 und des durch eine Mikrometer schraube betätigbaren Nadelventils 104 läßt sich eine sehr genaue und feine Regelung der ölmenge, die durch den Kanal 96 umgeleitet wird, erzielen. Selbst bei Mikrometerschrauben mit handelsüblichen Herstellungstoleranzen kann eine volle Umdrehung der Schraube so vorgesehen werden, daß der Fluß durch den Kanal 96 so verändert wird, daß der tatsächliche Abstand, um welchen der Planschlitten verlagert wird, nur 0,025 mm (0,001 ") beträgt. Eine solch feine Einstellung kann natürlich nicht mit Mikroechlitten von herkömmlich hergestellter Art erzielt werden» Die Kosten zur Herstellung eines Mikroschlittens mit solchen Toleranzen

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würden prohibitiv werden.

Es ist bei fühlergesteuerten Werkzeugmaschinen nicht ungewöhnlich, mehrere Arbeitsstähle zu verwenden. Das Auswechseln oder Umspannen solcher Arbeitsstähle infolge von Bruch oder Verschleiß stellt die gleichen Probleme, wie sie vorangehend beschrieben wurden, jedoch in einem noch grösseren Ausmaß. Die vorliegende Erfindung ist ebensogut auf Fühlersteuerungen anwendbar, bei welchen die Werkzeugmaschine mit mehreren folgegesteuerten Arbeitsstählen versehen ist. Diese Anordnung ist in Fig. dargestellt, bei welcher zwei Arbeitsstähle 108, 110 auf dem Planschlitten 14 angeordnet und sind beispielsweise als in die Arbeitsstellung durch einen drehbaren Stahlhalter 112 schaltbar dargestellt. Bei dieser Anordnung sind zwei Umgehungskanäle 114, 116 in Parallelschaltung um das Ventil 18 herum vorgesehen. Im Umgehungskanal 114 ist ein von Hand verstellbares Nadelventil 118 angeordnet, und ein ähnliches Nadelventil 12o ist im Umgehungskanal 116 angeordnet. Innerhalb jedes Kanals ist ferner ein magnetspulenbetätigbares Sperrventil 122, 124 angeordnet, das wahlweise je nachdem, welcher der beiden Arbeitsstähle 108, 110 in Betrieb ist, betätigbar ist. Wenn beispielsweise der Arbeitsstahl 108 arbeitet, kann die erforderliche Einstellung in der relativen Stellung zwischen dem Arbeitsstahl 108 und dem Werkstück 60 dadurch erhalten werden, daß das Ventil 118 betätigt wird, während die Magnetspule des Ventils 122 erregt ist, um eine Strömung durch den Umgehungskanal II¹+ zu ermöglichen. Andererseits ist, wenn der Arbeitsstahl 110 arbeitet,, die Magnetspule des Ventils 124 erregt, und die relative Stellung des Arbeitsstahls und des Werkstücks wird durch Einstellen des Nadelventils 120 erhalten. Die Schablone für den Arbeitsstand 110 ist nicht dargestellt.

In Fig. 4 ist die besondere Umgehungsventil*^v ^uform, die 009846/1239

mit dem in Fig. 3 gezeigten Kreislauf verwendbar ist, gezeigt. Bei dieser Anordnung ist ein Umgehungskanal in einem Ventilkörper 126 vorgesehen, und mit 128 bezeichnet. Der Mikrometerschraubenmechanismus für das Ventil 118 ist mit 130 bezeichnet, und der Mikrometerschraubenmechanismus für das Ventil 120 mit 132. Der Ventilkörper 126 kann unmittelbar am Körper des Ventils angebracht werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Kanal steht in Überdeckung mit dem Kanal 98, jedoch würde bei der Anordnung nach Fig. 4 der Kanal 100 bei dem in Fig. dargestellten Ventil blockiert sein, da die Umgehungskanäle 111, 116 unterstromseitig der Ventile 118 und unabhängig vom Ventil 18 mit dem Tank verbunden sein würden,

Patentansprücheι 609846/1239

Claims

- li -

Patentansprüche

1.!Hydraulische Steuerung für eine Werkzeugmaschine, bei —^welcher die Stellung des ArbeitsStahls mit bezug auf das Werkstück duroh einen Hydrozylinder bestimmt wird, der an seinem einen Ende durch eine Förderleitung mit f

einer Druckflüssigkeitsquelle verbunden ist, und die Förderleitung ferner mit einem Hauptsteuerventil verbunden ist, das seinerseits durch eine schablonengesteuerte Betätigungseinrichtung gesteuert wird, um die Strömung durch das Ventil veränderlich zu drosseln, und dadurch den Gegendruck in der Förderleitung zu verändern und die Betätigung des erwähnten Zylinders zu steuern, welch letzterer dazu dient, dem Aiteitsstahl einen Vorschub in das Werkstück bei einem Druckabfall in der erwähnten Förderleitung und vom Werkstück weg bsi einer Druckerhöhung in der Förderleitung mitzuteilen, gekennzeichnet durch ein Organ, das mit der Förderleitung ä verbunden ist und einen Umgehungskanal um das Hauptsteuerventil herum bildet, und ein verstellbares Drosselorgan in diesem Umgehungekanal zur Regelung der Menge der Druckflüssigkeit, welche um das erwähnte Hauptsteuerventil herum umgeleitet wird, wobei eine bestimmte Zunahme der Drosselung durch das Drosselorgan zu einer Bewegung des Arbeitsstahls vom Werkstück weg um einen bestirnten Betrag führt und eine betimmte Verringerung der Drosselung durch das Drosselorgan zu einer Bewegung des Arbeitsetahls zum Werkstück um einen bestimmten Betrag

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führt.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan von Hand verstellbar ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan ein von Hand verstellbares Nadelventil ist.

4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine mehrere Arbeitsstähle zur Folgesteuerung durch den erwähnten Zylinder besitzt und die verstellbare Drosseleinrichtung durch mehrere StrÖmungsverengungsvorrichtungen im Umgehungskanal gebildet wird, und Mittel vorgesehen sind, durch welche die Strömungsverengungsvorrichtungen wahlweise wirksam gemacht werden können, um den Umgehungskanal zu verengen.

5. Steuerung nach Anspruch M·, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverengungsvorrichtungen in Parallelschaltung zu dem Umgehungskanal angeordnet sind.

Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil einen Ventilkörper aufweist, der mit einem Einlaßkanal, an den die Förderleitung angeschlossen ist, sowie mit einem Auslaßkanal versehen ist, wobei der Umgehungskanal Mittel aufweist, die einen Kanal

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in dem erwähnten Ventilkörper bilden, der an seinem einen Ende mit dem Einlaßkanal und an seinem entgegengesetzten Ende mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht.

7. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Druckflüssigkeitsquel^e, deren Druck niedriger als der der ersten Quelle ist _t welche Quelle von niedrigerem Druck mit dem anderen Ende des erwähnten Zylinders verbunden ist, so daß der Druck in der Förderleitung gegen den Druck aus der Quelle niedrigeren Druckes ausgeglichen wird.

8. Steuerung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, d£ die Drosselung so verstellbar ist, daß die Strömung in dem erwähnten Umgehungskanal völlig gesperrt ist.

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