DE2062421A1

DE2062421A1 - Numerische Steuerung an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2062421A1
Application number: DE19702062421
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: PIJNACKER B
Current assignee: PIJNACKER B
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1972-06-22
Also published as: NL7117382A; FR2118167A1

Description

Anlage zur
Patent- und.
Gebrauchsnusterhilfsanmeldung

Dr.-Ing. Taco Jan Viersma, Petrus Blök, Iloerkapelle, Holland

!Turnerischο Steuerung an Werkzeugmaschinen

Dio Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, insbesondere für den Vorschub an Werkzeugmaschinen, mit einem insbesondere als Schrittmotor ausgebildeten Steuermotor, der mit einer in einer Steuerhülse geführten Steuerspindel eines Vorsteuerventils verbunden ist, welches über zugehörige Leitungen an eine Hydropumpe, einen Druckmittelbehälter und ein Steuerventil angeschlossen ist, von dem mindestens eine Arbeitslcitung zu einem Servomotor geführt ist, welcher über mindestens ein elektrisch aneteuerbares Eilgangventil direkt mit der Hydropumpe und dem Druckmittelbehälter verbindbar ist.

Si.; ist bereits eine Steuervorrichtung bekannt, bei der ein elektrohydraulischer Schrittmotor eine als Vorsteuerschieber wirkende Stouerspindel entsprechend der in den Schrittmotor eingegebenen Impulszahl dreht. Dadurch wird Druckmittel so zum Steuerventil

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geleitet, daß das Steuerventil verstellt wird und die Verbindung zur einen oder anderen Servomotorseite freigibt. Die Kolbenstange des Servokolbens und die Steuerspindel sind für die Rückführung mechanisch verbunden. Über das Eilgangventil wird von der Pumpe gefördertes Druckmittel direkt zum Servomotor geleitet, v:enn der Servomotor mit hoher Geschwindigkeit laufen soll. Die Betätigung des Eilgangventils erfolgt willkürlich. Allerdings ist eine Rückmeldung für den im Eilgang zurückgelegten Weg dadurch möglich, daß ein kleiner Druckschalter die Druckpulse zählt, die durch die Längsbewegung zwischen Steuerhülse und Steuerventil entstehen, wenn der Servokolben die Steuerspindel bei seiner Bewegung mitnimmt und an Steueröffnungen der Steuerhülse vorbeiführt. Durch die willkürliche Betätigung des Eilgangventils können jedoch große Zeitverluste auftreten, weil dabei kein automatischer zeitabhängiger Programmablauf möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuervorrichtung für den Vorschub an V/erkzeugmaschinen mit einer Zähleinrichtung zu schaffen, die sowohl für den im Normalgang als auch den im Eilgang zurückgelegten Weg des Servomotors mit einer Rückmeldevorrichtung versehen ist, die unabhängig von der Belastung oder sonstigen Störeinflüssen ist, und die in einfacher Weise bei allen Arbeiten ein genaues Positionieren erlaubt.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Pulsgenerator über einen von einem ITulldetektor betätigten Schalter an den Steuermotor anschließbar ist, welcher Nulldetektor 25.it einem an sich bekannten Zähler verbunden ist, der über einen Druckschalter mit der das Vorsteuerventil verbindenden Leitung in Wirkverbindung steht, und daß ein zweiter ITulldetektor zwischen das Eilgangventil und den Zähler geschaltet ist.

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Auch bei der Grobpositionierung ist es erforderlich, daß ein fester vorgebbarer funktioneller Zusammenhang zwischen der Zahl der Grobpositionierungsimpulse und der zurückgelegten Positionierungswegstrecke besteht. Damit sowohl bei der Grobpositionieimng als auch bei der nachfolgenden Feinpositionierung dieser funktionelle Zusammenhang ständig gewährleistet ist, ist es besonders vorteilhaft, daß der Zähler als Dezimal-Binär-Zähler ausgebildet ist, der zweckmäßigerweise in zwei Zahlenbereiche unterschiedlicher Größenordnung unterteilt ist, und daß zur Grobpositionierung das Eilgangventil an den höheren Zahlenbereich und der Schrittmotor zur Peinpositionierung an den kleineren Zahlenbereich angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Sie zeigt eine numerische Steuervorrichtung mit einem Dezimal-Binär-Zähler für Grob- und Feinpositionierung in schematischer Darstellung.

Eine Pumpe 1 fördert Druckmittel aus einem Behälter 2 in eine Druckleitung 3, die zu einer Gehäusebohrung 4 eines Steuergeräts 5 geführt ist. Von der Druckleitung 3 zweigen zwei Steuerleitungen 6,7 ab. Die Steuerleitung 6 enthält eine Drosselstelle 8, und in der Steuerleitung 7 ist eine Drosselstelle 9 angeordnet. Die Enden der Gehäusebohrung 4- sind als Steuerkammern 10,11 ausgebildet, die einen kleineren Durchmesser haben als die Gehäusebohrung 4-, In die Steiierkammer 10 mündet die Steuerleitung 6 und in die Steuerkammer 11 die Steuerleitung 7· In. der Gehäusebohrung 4 ist ein Steuerschieber 12 angeordnet, der zv/ei Steuerbunde 13, IA- hat und dessen Stirnflächen 15,16 die Steuerkammern 10,11 begrenzen. In den Steuerkammern 10,11 sind Druckfedern 17,13 untergebracht. Sie suchen den Steuerschieber 12 in seiner ITe-atral-(Hittel-)Stellung zu halten. Von den Steuerleitungen 6,7 zweigen hinter ihren Drosselstellen 8,9 Leitungen 19,20 ab. Die Leitung 19 mündet in eine Steueröffnung 21 einer Steuerhülse 22.

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Die Leitung 20 führt zu einer Steueröffnung 23 der Steuerhülse 22. In der Steuerhülse. 22 ist eine als Vorsteuerschieber wirkende Steuerspindel 24 mit einer Gewindesteigung von 2 mm geführt. Die Steueröffnungen 21,23 sind in der Steuerhülse 24 im Abstand s . η + -a-' angebracht. Dabei gibt s die Gewindesteigung, hier

2 mm, und η die Anzahl der Gewindegänge an. Das Innere der Steuerhülse 22 ist über Rücklauf leitungen 25,26 mit dem Behälter 2 verbunden. Die Gehäusebohrung 4 hat zwei Ringnuten 27,28, die in

der Neutral- (Mittel-)Stellung des Steuerschiebers 12 von den Steuerbunden 13_S14 überdeckt sind. Die Endabschnitte der Gehäuse- k bohrung 4 sind durch Rücklaufleitungen 29,30 ebenfalls an den Behälter 2 angeschlossen. Von den Ringnuten 27? 28 sind zwei Arbeitsleitungen 31, 32 zu den Zylinderseiten 33i34 eines als Servomotor wirkenden Zylinder-Kolben-Aggregats geführt, in dessen Zylinder 35 ein. Kolben 36 dicht und gleitend geführt ist. Eine der aus den Zylinderseiten 33 »34 ragenden Kolbenstangen 37 oder ist in bekannter, nicht dargestellter Weise mit der Steuerspindel 24 verbunden. In die Zylinderseiten 33i34 münden noch zwei Leitungen 39j4C, die von einem Eilgangsteuergerät 41 ausgehen. Das Eilgangsteuergerät 41 hat einen Steuerschieber 42. Außerdem ist das Eilgangsteuergerät 41 noch durch eine von der Druckleitung

3 abzweigende Leitung 43 ständig an die Pumpe 1 angeschlossen und mit einer Rücklauf leitung 44 zum Behälter 2 verbunden. Das EiI-

* gangs teuergerät 41 ist mit zwei Steuermagneten 45,46 versehen, die den Steuerschieber 42 in die eine oder andere Endstellung verstellen, in denen die eine Zylinderseite 33 oder 34 mit der Druckmittelzuleitung 3* 43 verbunden ist, während die andere Zylinderseite 34.oder 33 an die Rücklauf leitung 44 zum Behälter 2 angeschlossen ist. Zwei Federn 47,48 suchen den Steuerschieber .42 in seiner Neutral (Mittel-)Stellung zu halten. Von einer Steuersignalquelle 49 führt eine Leitung 50 zu einem Dezimal-Binär-Zähler 51 mit einem höheren Zahlenbereich 52 (2 und größer) und einem niedrigeren Zahlenbereich 53 (kleiner als 2). Der Zahlenbereich 52 ist durch eine Leitung 54 an einen Nulldetektor 55

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angeschlossen, der über eine Leitung 56 mit den Steuermagneten 45,46 des Eilgangsteuergeräts 41 verbunden ist. Ein Druckschalter 58, der hydraulischen Druckimpulsen in der Steuerleitung 7 durch eine Verbindungsleitung 58 ausgesetzt ist, \irandelt die Druckimpulse in Zählimpulse um, die über eine Leitung 59 zum höheren Zahlenbereich 52 des Zählers 51 weitergeleitet werden.

Der Zahlenbereich 53 ist über eine Leitung 61 an einen ITulldetektor 62 angeschlossen, der wiederum mit einem Kontaktarm 63 eines Schließschalters 64 verbunden ist. Der Kontaktarm 63 steht über eine Leitung 65 ständig mit einem Pulsgenerator 66 in Verbindung. Vom einem Kontakt 67 des Schließschalters 64 führt eine Leitung 68 zum Zahlenbereich 53 des Zählers 51· Von der Leitung 68 zweigt noch eine Leitung 69 ab, die an einen als Steuermotor dienenden elektrischen Schrittmotor 70 angeschlossen ist. Der Schrittmotor ist mechanisch mit der Steuerspindel 24 des Vorsteuerventils verbunden.

In der in der Zeichnung dargestellten Neutralstellung der Steuergeräte 22,24;5;41 herrscht am Servomotor 35_}36 Druckgleichheit, und der Kolben 36 ist in Kühe. Das von der Pumpe 1 geförderte Druckmittel fließt durch die Leitungen 316,7 j 19»20 und die Steueröffnungen 21,23 sowie die Leitungen 25₅26 in den Behälter 2 zurück.

Der Sollwert für den Vorschub wird von der Signalsteuerquelle in den Dezimal-Binär-Zähler 51 eingelesen. Dadurch wird der Schalter 64 geschlossen, und der Pulsgenerator 66 ist über die Leitungen 65,68 an den Schrittmotor 70 angeschlossen· Die vom Pulsgenerator 66 abgegebenen Impulse betätigen den Schrittmotor 70, der dementsprechend die Steuerspindel 24 dreht. Dabei werden Gewindegänge der Spindel 24 an. den Steueröffnungen 21,23 der Steuerhülse 22 vorbeigeführt. Wird beispielsweise die Steuerspindel 24 rechts herumgedreht, so wird die Steueröffnung 23 weiter geschlossen. In der Steuerleitung 7 hinter der Drossel 9 und somit in der Steuerkamner 11 steigt der Druck, während die Steueröffnung 21 weiter geöffnet wird, so daß Druckmittel durch die Leitungen

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6, .19 aus der anderen Steuerkammer 10 zum Behälter 2 abfließen kann. Der Steuerschieber 12 wird in die Richtung der Steuerkammer 10 bewegt (in der Zeichnung nach links). Der Steuerbund 13 gibt nun die Verbindung zwischen der mit der Gehäusebohrung 4 verbundenen Druckleitung 3 und der Ringnut 27 frei, die über die Arbeitsleitung 31 mit der (linken) Zylinderseite 33 verbunden ist. Von der Pumpe 1 gefördertes Druckmittel gelangt in die Zylinderseite 53» und der Kolben 36 wird in die Zylinderseite 34- (nach rechts) bewegt. Wenn die Ringnut 27 mit der Druckleitung 3 verbunden ist, gibt der Steuerbund 14 die Rücklaufverbindung von der Ringnut über die Rücklaufleitung 30 zum Behälter 2 frei, so daß Druck-

" mittel aus der (rechten) Zylinderseite 34 zum Behälter 2 abfließen kann. Die mit der Kolbenstange 37 verbundene Steuerspindel wird entsprechend der Kolbenbewegung zurückgeschoben. Hat der Zähler 51 die eingelesene Zahl auf Null zurückgezählt, so öffnet der Nulldetektor 62 den Schließschalter 64. Dann ist der Pulsgenerator 66 vom Schrittmotor 70 getrennt und die Steuer spindel 24 wird nicht mehr vom Schrittmotor 70 durch Drehen verstellt. Nunmehr herrscht in den Steuerkammern 10,11 des Steuerschiebers 12 der gleiche Druck. Der Steuerschieber 12 nimmt seine Hittelstellung ein, in der die mit den Zylinderseiten 33»34 verbundenen Ringnuten 27,28 vom Druckmittelzulauf 3 und vom Druckmittelrücklauf 29,30 abgeschlossen sind. Der Kolben 36 des Servomotors hat seine gewünschte Lage erreicht und behält sie bei, bis von der Steuersignalquelle 49 ein neuer Sollwert eingelesen wird.

Gibt die Steuersignalquelle 49 eine Zahl für die Servomotorverstellung in den Zähler 51 ein, die in den höheren Zahlenbereich 52 fällt, dann wird das Eilgangsteuergerät 41 von einem der Steuermagnete 45,46 in die eine oder andere Endstellung verstellt, so daß eine Zylinderseite 33 oder 34 über die Leitungen 3,43,39 oder 3,43,40 direkt mit der Pumpe 1 verbunden ist, während die andere Zylinderseite 34 oder 33 durch die Leitungen 40,44 oder 39,44 zum Behälter 2 hin offen ist.

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Der Kolben 36 wird "beispielsweise nach links in die Zylinderseite 33 bewegt und schiebt dabei über die Kolbenstange 37 die Steuerspindel 24- nach links. Die an der Steueröffnung 23 vorbeigeführten Gewindegänge der Spindel 24- ergeben in der Steuerleitung 7 Druckimpulse, die durch die Leitung 59 auf den Druckschalter 58 übertragen werden. Der Druckschalter 58 gibt diese Impulse als Zählimpulse über die Leitung 60 zum Bereich 52 des Zählers weiter. Dadurch wird der zum höheren Zahlenbereich 52 gehörende Zahlenanteil auf Null zurückgezählt. Der Nulldetektor 55 schaltet dann den erregten Steuermagneten 4-6 ab, so daß die Feder 4-8 den Steuerschieber 4-2 in die Neutral- (Mittel-)Stellung zurückbewegt, in der die Zylinderseite 34- wieder von der Druckmittelzufuhr 3}4-3, 4-0 und die Zylinderseite 33 vom Rücklauf 39»4-4- abgesperrt sind. Der Anteil der Sollwertzahl des niedrigeren Zahlenbereichs 53 v/iiV dann wie oben beschrieben auf Null zurückgezählt. Durch die Verwendung eines Dezimal-Binär-Zählers für die Steuerung des Servokolbens wird erreicht, daß der Servokolben im Eilgang verstellt wird, so lange er sich im Bereich der Grobpositionierungswegstrecke bewegt, und dann im Normalgang innerhalb der Peinpositionierungswegstrecke weitergestellt wird.

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Claims

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Ansprüche

[1.J Numerisehe Steuervorrichtung, insbesondere für den Vorschub an Werkzeugmaschinen, mit einem insbesondere als Schrittmotor ausgebildeten Steuermotor, der mit einer in einer Steuerhülse geführten Steuerspindel eines Vorsteuerventils verbunden ist, welches über zugehörige Leitungen an eine Hydropumpe, einen Druckmittelbehälter und ein Steuerventil angeschlossen ist, von dem mindestens eine Arbeitsleitung zu einem Servomotor geführt ist, welcher über mindestens ein elektrisch ansteuerbares Eilgangventil direkt mit der Hydropumpe und dem Druckmittelbehälter verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulsgenerator (66) über einen von einem Nulldetektor (62) betätigten Schalter (64) an den Steuermotor (70) anschließbar ist, welcher Nulldetektor (62) mit einem an sich bekannten Zähler (51) verbunden ist, der über einen Druckschalter (58) mit der das Vorsteuerventil (12) verbindenden Leitung (7) in Wirkverbindung steht, und daß ein zweiter Nulldetektor (55) zv:ischg das Eilgangventil (4-1) und den Zähler geschaltet ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler als Dezimal-Binär-Zähler (51) ausgebildet ist.

J. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekermzeiclinet, daß der Zähler in zwei Zahlenbereiche (52,53) unterschied-

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licher Größenordnung unterteilt ist, und daß zur Grobpositionierung das Eilgangventil (4-1) an den höheren Zahlenbereich (52) und der Steuermotor zur Feinpositionierung an den kleineren Zahlenbereich (53) angeschlossen ist.

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