DE2165926A1

DE2165926A1 - Verfahren und geraet zum erzeugen von signalen, die die groessten exzentrizitaeten von mehreren drehspindeln bei werkzeugmaschinen wiedergeben

Info

Publication number: DE2165926A1
Application number: DE2165926A
Authority: DE
Inventors: Emile John Pilafidis; Thiagarajan Viswanathan
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1973-01-25
Also published as: DE2165926C2; GB1340828A; CA990828A; US3752968A; JPS5551694B1

Description

Patentanwalt

^ar' A. ßrose

Dipi.-ing.

D-8023 München - Pullach
WK«rdr.2J.Mdiü.7933570,7931782

vI/No - Case 1006 München-Pullach, den 30^Doember 1971

CINCINNATI KILACEON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45 209, USA

Verfahren und Gerät zum Erzeugen von Signalen, die die größten Exzentrizitäten von mehreren Drehspindeln bei Werkzeugmaschinen wiedergeben.

Die Erfindung betrifft allgemein das Problem, Exzentrizitäten während der Drehung einer Anzahl von gleichzeitig arbeitenden Drehspindeln zu kompensieren. Speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Erzeugen von Signalen, die die größten Exzentrizitäten wiedergeben, die während der gleichzeitigen Drehung einer Anzahl von Drehspindeln erfaßt werden.

Es ist bekannt, immer dann, wenn eine Vielzahl von sich gleichzeitig drehenden Spindeln verwendet wird, und zwar in Verbindung mit einem sich anpassenden Steuergerät, nur eine dieser Spindeln zu überwachen. Dies führte Jedoch zu bestimmten Nachteilen, insbesondere dort, wo eine überwachte Spindel mit einem sehr viel ausschlaggebenderen resultierenden Fehler behaftet war und daher nachteilig für den Bearbeitungsprozeß war, als die überwachte Spindel. Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, mit dessen Hilfe ein sich anpassendes Steuersystem gleichzeitig

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alle Spindeln bei einer Werkzeugmaschine mit mehreren Drehspindeln gleichzeitig überwache^

Das Verfahren und Gerät nach der Erfindung dient dazu, ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen, welches eine Eeihe von ExzentrizitätsSignalen darstellt, welche durch Wandler erzeugt werden und welches auf die größten Exzentrizitäten zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt anspricht, und zwar auf die Exzentrizitäten einer Anzahl von sich gleichzeitig drehenden Spindein.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um Signale zu erzeugen, die die Exzentrizitäten jeder Spindel vermittels getrennter Ablenkabtaster wiedergibt, wobei die Abtaster zum tiberwachen jeder Spindel vorgesehen sind. Die Signale, die von jeder Spindel abgeleitet werden, werden dann mit den entsprechenden Signalen von jeder der anderen Spindeln verglichen. Als Ausgangsgröße werden dann die größten Signale vorgesehen. Wenn die Ausgangssignale über einen Rotationszyklus gesammelt werden, so stellen sie die größten auftretenden Exzentrizitäten für eine Umdrehung der Spindeln dar. Zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt hängt das Exzentrizitätssignal von der Messung an der Spindel ab, die hinsichtlich der größten Ablenkung oder Auslenkung abgetastet wird. Dieses Signal kann dann auf die verschiedenste Weise verwendet werden. Man kann beispielsweise bei einer Werkzeugmaschine mit einer Vielzahl von sich gleichzeitig drehenden Spindeln den Spindelvorschub steuern, so daß dieser von derjenigen Spindel abhängig ist, die zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt das größte Exzentrizitätssignal erzeugt.

Die sich aus einem solchen System ergebenden Vorteile bestehen unter anderem auch in der Möglichkeit, eine Vielzahl von genau bemessenen Werkstücken auf einer_%Werkzeugmaschine mit mehreren Spindeln herstellen zu können, und zwar bei einer vergleichweise sehr kurzen Produktionszeit.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreib xng von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Flußdiagramm einer Werkzeugmaschine mit mehreren Spindeln mit den Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a bis 2d typische Exzentrizitäts-Probestücke an verschiedenen Stellen in dem System nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches die Funktionen der verschiedenen Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht;

Fig. 4 eine etwas abgewandelte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, wobei ein Computer zur Anwendung gelangt, um einen Abschnitt des Programms gemäß Fig. 3 durchzuführen; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Vorschubgeschwindigkeit und die Ablenk- oder Auslenkbeziehung eines typischen sich anpassenden Steuersystems wiedergibt.

In Fig. Λ ist eine Werkzeugmaschine 10 gezeigt, und diese weist eine Anzahl von sich gleichzeitig drehenden Spindeln 12, 14 und 16 auf. Während sich die Spindeln 12, 14 und 16 drehen, werden die periodischen Exzentrizitäten jeder Spindel durch Abtasteinrichtungen 18, 20 und 22 jeweils abgetastet. Allgemein wird die Messung sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung vorgenommen, wobei X und Y eine Ebene definieren, die senkrecht zur Spindelachse verläuft. Die auf diese Weise erzeugten analogen Signale gelangen als Eingangsgrößen zu einer Vergleichsstufe 24. Die Vergleichsstufe 24 bestimmt das größte analoge Signal. Die Ausgangsgröße aus der Vergleichsstufe 24 stellt ein analoges Signal dar, welches die größte Auslenkung der drei Spindeln zu irgendeinem Zeitpunkt darstellt.

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Die Figuren 2a bis d veranschaulichen die Ablenksignale, die bei verschiedenen Stellen in dem System gemäß Fig. 1 vorhanden sind. Die vertikalen Achsen stellen die Größe des Ablenksignals dar, während die horizontal verlaufenden Achsen die Lage einer festen Stelle oder eines festen Punktes auf der Spindel wiedergibt, während sich diese dreht, oder im vorliegenden Fall die Zeit, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindel konstant ist. Die markierten Zyklen in jeder Fig. 2a bis d stellen eine vollständige Umdrehung der gleichzeitig im Betrieb befindlichen Spindeln 12, 14- und 16 dar.

Fig. 2a zeigt das gesamte Auslenksignal, welches durch den Abtaster 18 erfaßt wird und an der Spindel 12 während der Drehung derselben auftritt. Dieses Signal erscheint auf der Leitung 32 in Fig. 1»Die auf diese Weise erfaßten Exzentrizitäten ergeben sich allgemein aufgrund nicht ideeller Betriebsbedingungen, während sich die Spindel entsprechend einer vollständigen Umdrehung dreht. Wenn der Vorschub der Spindel 12 zu einem Werkstück während des Bearbeitungsprozesses erhöht wird, so nimmt auch die entsprechende Ablenkgeschwindigkeit zu.

Da sich die Spindeln 12, 14 und 16 gleichzeitig im Betrieb befinden, so werden auch alle mit dem gleichen Vorschub oder Vorschubgeschwindigkeit vorgeschoben, und sie drehen sich mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit, so daß das Ablenk- oder Auslenksignal bei jeder Spindel gleichzeitig zunimmt, während sich die Vorschubgeschwindigkeit ändert. Da jedoch die Arbeitsbedingungen für jede Spindel nicht identisch sind, so ist auch das Ablenksignal zu irgendeinem Zeitpunkt (oder irgendeiner bestimmten Drehstellung) nicht notwendigerweise für jede Spindel gleich. Dies ist in den Fig. 2a und d veranschaulicht. Fig. 2d stellt das Ablenksignal dar, welches an der Spindel 14 auftritt und von dem Abtaster 20 für die gleiche Rotationsperiode erfaßt wird wie das Signal^ welches auf der Leitung 30 in Fig. 1 vorhanden ist. Fig. 2c zeigt in ähnlicher Weise das von der Spindel 16 abgegriffene Signal, welches auf der Leitung 26 in Fig. 1 erscheint.

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Jedes dieser Signale gelangt als Eingangsgröße zu der Vergleichsstufe 24. Die Funktion der Vergleichsstufe 24 besteht darin, ein Signal zu erzeugen, welches das größte Auslenksignal darstellt, das bei irgendeiner der Spindeln 12, 14 und 16 an irgendeiner Stelle während der Umdrehung der Spindeln austritt. Das von der Vergleichsstufe erzeugte Signal ist in Fig. 2d gezeigt, und es ist ein zusammengesetztes Signal, welches aus den größten Ablenksignalen zusammengesetzt ist, die aus den Fig. 2a bis 2c herausgegriffen sind. Dieses Ausgangssignal erscheint auf der · Leitung 28. Betrachtet man beispielsweise den Ausgangspunkt 34 für eine vollständige Umdrehung, so erkennt man, daß die Auslenkung der Spindel 12 (dargestellt in Fig. 2a) größer ist als der Auslenkfehler der Spindel 14 oder der Spindel 16. Daher entspricht auch das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 24 an dieser Stelle (siehe Fig. 2d) genau dem von der Spindel 12 abgegriffenen Auslenksignal. An der Stelle 35 in den Fig. 2a bis c läßt sich erkennen, daß das größte Signal nunmehr an der Spindel 14 (Fig. 2b) auftritt. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 24 entspricht demnach an dieser Stelle der Auslenkung der Spindel 14. Die Vergleichsstufe 24 erzeugt daher ein zusammengesetztes analoges Auslenksignal, welches die größten Exzentrizitäten wiedergibt, die an irgendeiner der Spindeln zu irgendeinem Zeitpunkt während der gleichzeitigen Umdrehung derselben wiedergibt.

Es sei hervorgehoben, daß in diesen Fällen, bei denen nicht alle zur Verfügung stehenden Spindeln verwendet werden, das Steuersystem ebenso funktioniert, und zwar in der. beschriebenen Weise. Wenn beispielsweise nur die Spindeln 14 und 16 verwendet werden und die Spindel 12 leerläuft, so wird der Abtaster 18 keine Ablenkung erfassen. Das in Fig. 2d dargestellte zusammengesetzte Signal würde dann nur aus den Komponenten bestehen, die von den Abtastern 20 und 22 stammen. Das hier beschriebene Gerät kann demnach in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwendet werden, die irgendeine Anzahl von Spindeln aufweist, die in irgendeiner Kombination eingesetzt werden«

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Fig. 5 zeigt ein Signalflußdiagramm, welches die verschiedenen Schritte veranschaulicht, die durch das Gerät nach der Erfindung durchgeführt werden, wie es in Fig. 1 und 2 wiedergegeben ist. Allgemein sind Ablenk-Abtaster für zwei orthogonale Sichtungen vorgesehen. Hierdurch läßt sich ein Vektor aus den so gemessenen Komponenten berechnen, der die tatsächliche Ablenkung in der Ebene der orthogonalen Vektoren wiedergibt. Die Ablenk- oder Auslenkebene verläuft allgemein senkrecht zu der normalen oder zur korrigierten Achse der Spindel.

Die Abtaster 18a und 18b stellen den Abtaster 18 der Fig. 1 dar. Die Abtaster 20a und 20b und die Abtaster 22a und 22b stellen die Abtaster 20 und 22 der Fig. 1 in gleicher Weise dar. Die Ablenkkomponente, die durch den Abtaster 18a erfaßt wird, wird mit der orthogonalen Komponente, die durch den Abtaster 18b erfaßt wird, in einem Funktionsblock 36 verbunden. Dies wird durch Quadrieren und Addieren beider Komponenten und durch Ziehen der positiven Quadratwurzel aus der Summe erreicht. Der Buchstabe A stellt den absoluten Wert der Größe eines Vektors dar, der das Ablenksignal wiedergibt, welches von der Spindel 12 stammt, und zwar zu irgendeinem Zeitpunkt. Die Buchstaben B und C werden in Funktionsblöcken 38 und .40 bestimmt, und sie stellen in ähnlicher Weise die Ablenksignale dar, die jeweils von den Spindeln 14 und 16 stammen. Es sei hervorgehoben, daß _nur der absolute Wert der Größe des Ablenksignals für den verfolgten Zweck erforderlich ist. Es kann auch, sollte dies wünschenswert sein, die Phase festgehalten werden, beispielsweise durch Speichern der Polarität jeder Komponente an dieser Stelle.

Die Verknüpfungsmatrix besteht aus den Entscheidungsblocks 42, 44 und 46, und siejtührt die Funktionen der Vergleichsstufe 24 in Fig. 1 durch. Sie bestimmt einfach, welches der Signale A, B oder C zu irgendeinem Zeitpunkt das größte ist. Wenn wenigstens zwei Signale gleich groß sind, so führt keines dieser Signale eine Entscheidung herbei, und es kann daher eines dieser Signale für die Steuerung herangezogen werden. Damit das System

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auch in dieser Beziehung richtig arbeitet, wird immer das erste von zwei gleichen Signalen herausgegriffen. Irgendein alternatives Verfahren zur Umgehung dieses Dilemmas ist ebenfalls möglich.

Es sei angenommen, daß A den größten Auslenkvektor darstellt. Es läßt sich dann erkennen, daß die Ausgangsgröße der Verknüpfungsmatrix dann in den Funktionsblock 4-8 fließt. Die Spindel 12 wird dann gesteuert, da festgestellt wurde, daß diese die größte Auslenkung zu diesem Zeitpunkt aufweist. Das Symbol d stellt die tatsächlich gemessene Ablenkung der gesteuerten Spindel dar. In diesem Fall, da A der größte Ablenkvektor

\ / ρ ρ" ist, wird die Spindel 12 gesteuert und d = YX, + Y^. = A. Wenn B oder G der größte Vektor ist, dann wird d = γΧο + Yo oder D = yX^ + Y^ , was durch den Funktionsblock 50 und 52 bestimmt wird, d stellt daher das größte gemessene Ablenksignal zu irgendeinem bestimmten Moment dar.

Es ist allgemein nicht möglich, die Ablenkung an einer Stelle zu messen, bei der die sich drehenden Werkzeuge in Berührung mit dem Werkstück stehen. Dies stellt jedoch die kritische Messung dar, die zum Steuern der Genauigkeit und des Wirkungsgrades eines Bearbeitungsprozesses erforderlich ist. Im vorliegenden Fall kann die tatsächliche Ablenkung des Werkzeugs zum Zeitpunkt der Berührung mit dem Werkstück experimentell bestimmt werden. Der Unterschied zwischen dieser Ablenkung und der gemessenen Ablenkung der Spindel, die das Werkzeug haltert, ändert sich natürlich mit den physikalischen Eigenschaften des Werkzeugs. Ist einmal dieser Faktor bestimmt, so lassen sich die richtigen Ablenkungen aus dem Fehlersignal ermitteln. Wenn der Abtaster so angeordnet ist, daß er die Ablenkung einer Spindel, wie im vorliegenden Fall, erfaßt, so ergibt sich dabei, daß das in der Spindel festgehaltene Werkzeug allgemein stärker abgelenkt wird als die Spindel selbst. Die Differenz in der Ablenkung, wie sie experimentell ermittelt wird, ist durch eine Übertragungszahl N^, wiedergegeben. Bei einem Betrieb mit mehreren Spindeln wird nur eine Übertragungszahl zu einem

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bestimmten Betrieb benötigt. H™ kann leicht geändert werden, jedoch in Einklang mit der Anzahl der verwendeten Spindeln. Demnach muß die richtige Größe von N^ für die Anzahl der Spindeln, die bei einem bestimmten Betrieb zur Anwendung gelangen, als Eingangsgröße vorgegeben werden.

Der ü'unktionsblock 5^· stellt eine Multiplizier stufe dar, die die vorherbestimmte Übertragungszahl N^ mit der gemessenen größten Ablenkung d verbindet, um die richtige Ablenkung dm zu erzeugen. Das Ausgangs signal dm des Funktionsblockes 54-stellt die tatsächliche Ablenkung eines sich drehenden Werk-· zeugs aus seiner ideellen Achse an einer Stelle dar, an welcher sich die Spitze des Werkzeugs in Berührung mit einem Werkstück befindet. Im Falle von mehreren Spindeln, wie dies im vorliegenden Fall zutrifft, stellt dm die größte tatsächliche Ablenkung dar. An dieser Stelle kann das Ablenksignal nun auf die verschiedenste Weise ausgewertet werden.

Es kann z.B. dieses Signal gespeichert werden, um eine dauerhafte Aufzeichnung des Ablenkmusters vorzusehen.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist in Fig. 3 veranschaulicht. Das Ablenksignal wird mit bestimmten Toleranzgrenzen verglichen. Auf der Grundlage dieser Vergleiche wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs zum Werkstück hin eingestellt, um die Ablenkung oder Auslenkung innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Dies kann mit Hilfe einer Verknüpfungsmatrix erreicht werden, die aus den Entscheidungsblocks 56, und 60 besteht.

In dem Entscheidungsblock 56 stellt die Größe d die inhärente Exzentrizität des sich drehenden Werkzeuges dar. Dies ist also die Ablenkung, die vorhanden ist, wenn sich das Werkzeug in der Luft dreht, d.h. bevor das Werkzeug an das Werkstück angreift. Der Entscheidungsblock 56 bestimmt daher, ob die tatsächliche Ablenkung genauso groß ist wie die Spaltablenkung d . Wenn d_m kleiner oder gleich d ist, so kann gap χ S^aP

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der Bearbeitungsprozeß mit einer maximalen Vorschubgeschwindigkeit fortgeführt werden.

Dies wird nun durch den Funktionsblock 62 gesteuert, der ein Einstellvorschubsignal 63 einleitet, welches die volle Vorschubgeschwindigkeit für eine Werkzeugmaschinen-Steuereinheit darstellt und über die Übertragungsleitung 65 zugeführt wird.

Wenn dm größer als d^.^ ist, können sich zwei Dinge ereignen, χ gap

Dies kann am besten unter Hinweis auf Fig. 5 verstanden werden, die die Kurve veranschaulicht, welche die Beziehung zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Ablenkung eines typischen sich ' anpassenden Steuersystems wiedergibt. Die vertikale Achse stellt die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück dar, und die horizontale Achse stellt das Ablenksignal dar, welches von der gesteuerten Spindel abgegriffen wird. Wie sich aus Fig. 5 entnehmen läßt, so wird die Vorschubgeschwindigkeit durch eine bestimmte Konstante K reduziert, sobald das Ablenksignal die Schwelle d erreicht. Die Konstante K wird durch Faktoren bestimmt, wie beispielsweise die Dynamik der Maschine, die Eigenschaften des Werkzeugs, die gewünschte Genauigkeit des fertiggestellten Werkstücks. Während der Periode, wahrend welcher das Ablenksignal größer als d ist, entspricht das sich anpassende Steuersystem einem zugeschnittenen oder einem gezwungenen System. Das bedeutet, daß, sobald der feste Vorschubbereich verlassen wird, der Bearbeitungsprozeß in ein Gebiet gelangt, in welchem er eingeschränkt ist. Im vorliegenden Fall wird die Einschränkschwelle erreicht, wenn das Ablenksignal größer als d,. wird.

Der feste Vorschubbereich ist in der Ausgangsgröße des Entscheidungsblocks 58 enthalten. Für die Periode, während welcher das Ablenksignal größer als d ist, jedoch kleiner als d^ ist, befindet sich die Vor.schubgeschwindigkeit F auf einem Maximum entsprechend einer maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeit, hier ~^γ—, wie dies durch den Funktionsblock 64 bestimmt wird. Die obere Grenze des festen Vorschubbereiches d,. ist ein

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prozentualer Wert der Ablenkgrenze d~, bei dem die Möglichkeit besteht, daß das erzeugte Tei! innerhalb der geforderten Toleranzen gehalten wird. Al Igen.-, beträgt d,- nahezu 0,8 dp.

Wenn d^ größer als d^, ist, so gelangt das sich anpassende Steuersystem in den gezwungenen Betriebsbereich oder Zone. In dieser Zone ändert sich die Vorschubgeschwindigkeit umgekehrt mit dem Ablenksignal. In dem in den Fig. 3 und 5 veranschaulichten System läßt sich erkennen, daß die Regelgleichung für die Vorschubgeschwindigkeit wie folgt lautet:

™ _ ^VOlI Mf

AF wobei F die Vorschubgeschwindigkeit; und Ad die Steigung der Zwangskurve ist und wenigstens teilweise von den Maschinendynamikwerten, den Eigenschaften des Werkzeugs und der geforderten Genauigkeit abhängig ist. Wenn sich das Ablenksignal dm in dem Bereich zwischen d^, und d^ befindet, so wird die Vorschubgeschwindigkeit durch den Funktionsblock 66 bestimmt. Wenn das Ablenksignal dp überschreitet, so wird die Vorschubgeschwindigkeit durch den Funktionsblock 68 auf ^g^^- eingestellt. Die Funktionsblöcke 66 und 68 werden durch den Entscheidungsblock 60 aktiviert, welcher bestimmt, wann die Ablenkung sich innerhalb oder jenseits der Zwangsgegend befindet. Wie sich aus Fig. 5 entnehmen läßt, so erstreckt sich der volle Bereich der

F Vorschubgeschwindigkeit F in der Zwangszone von voll bis

F ^"

niedrig.

Um eine optimale Produktionsfolge zu erreichen, ist es wünschenswert, den Ablenkfehler so nahe wie möglich bei d,. zu halten. Wenn sich d™ näher bei d befindet als d,., so kann die maximale Vorschubgeschwindigkeit F^₁ so eingestellt werden, daß der Bearbeitungsprozeß zur Schwelle der Zwangsgegend getrieben wird. Von hier aus übernimmt das Steuersystem die Führung. Auf diese Weise kann das Bearbeitungswerkzeug mit nahezu optimaler Geschwindigkeit bei irgendeinem speziellen Betrieb arbeiten.

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BADOBIGiNAL.

Fig. 4 veranschaulicht eine etv-r^ abgewandelte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Die Ablenkabtaster 18, 20 und 22 sind genau wie zuvor geschildert verbunden und betrieben, um. analoge Ablenksignale für jede der drei Spindeln vorzusehen. Der Normierungsverstärker 70 (scaling amplifier) bereitet diese Signale für eine Analog-nach-Digital-Umwandlung vor. Der "Verstärker 70 kann beispielsweise aus einem Amplituden-Festwert-Multiplizierer in Verbindung mit einer typischen Multiplexereinheit bestehen, die sechs Eingangssignale über eine einzelne Übertragungsleitung 72 überträgt. Die Ablenksignale werden dann in ihre digitalen Äquivalente konvertiert, und zwar mit Hilfe des Analog-zu-Digitai-Xonvertets 7^· Ein digitaler Computer 76 führt dann die grundlegende Funktion der Vergleichsstufe 24 und eines sich anpassenden Steuermechanismus durch.

Die tatsächlichen Ablenktoleranzgrenzen 78 (d^ und dp), die Übertragungszahl 80 (ßm) und die Spaltablenkgeschwindigkeit 82 CcL _Ώ) gelangen ebenso als Eingangsgrößen in den Computer 76. Die auf der Übertragungsleitung 84 erscheinende Ausgangsgröße des Computers 76 besteht somit aus einem digitalen Signal, welches das stärkste tatsächliche Ablenksignal der gesteuerten Spindel zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt wieder-^ gibt. .Dieses Signal wird in ein analoges Signal umgewandelt, und zwar mit Hilfe des Digital-zu-Analog-Konverters 86, und wird als prozentualer Wert der gesamten zulässigen Ablenkung am Ablenkanzeigegerät 88 angezeigt. Die Ausgangsgröße des Computers 76, die auf der Leitung 90 vorhanden ist, stellt das digitale Signal dar, welches die korrigierte Vorschubgeschwindigkeit der Spindel aufgrund der gemessenen Ablenkung wiedergibt. Das korrigierte Vorschubgeschwindigkeitssignal wird in ein äquivalentes analoges Signal durch einen Digital-zu-Analog-Konverter 92 konvertiert und wird als prozentualer Wert der maximalen Vorschubgeschwindigkeit am Vorschubanzeigegerät 94- angezeigt. Dieses Vorschubgeschwindigkeitssignal wird ebenso der Werkzeugmaschinen-Steuereinheit 96 zugeführt, und diese stellt die Betriebs-Vorschubgeschwindigkeit der Spindel ein, so daß diese mit dem korrigierten Vorschubgeschwindigkeitssignal übereinstimmt.

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BAD

Das in Fig. 4- gezeigte System weist zwei zusätzliche Merkmale auf, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Pferdestärke-Abtaster 98 erfaßt die aufgebrachten Pferdestärken eines Motors, der die Spindeln während eines Bearbeitungsprozesses dreht. Dieses Signal dient als Sicherung gegen Übersteuern und reduziert die eingestellte Vorschubgeschwindigkeit am Computer 76, sollte der Pfördestärkenbedarf des Motors seinen Nennwert überschreiten oder einen bestimmten Prozentsatz seines Nennwertes überschreiten. Der Pferdestärkenbedarf des Motors, der die Spindeln antreibt, wird ebenso als ein prozentualer Wert der Nennleistung am Anzeigegerät 100 angezeigt. Die Leistungsabtasteinrichtung sieht ebenso eine Eingangsgröße für den Computer 76 vor, um die

* Vorschubgeschwindigkeit in einer Zwangsweise weiterhin einzustellen. D.h., die Kurve in Fig. 5 ist identisch mit der Kurve zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeitseinstellung entsprechend dem Leistungsbedarf. In einer Vorschubgeschwindigkeit-Leistungsanforderungskurve ist auf der horizontalen Achse die Leistungsanforderung aufgetragen, wobei d durch die Leistung am Spalt ersetzt sein würde und d^ und dp durch bestimmte Leistungsanforderungsgrenzen ersetzt sein würden. Wenn demnach die Leistunganforderung die Zwangsschwelle erreicht, so wird die Vorschubgeschwindigkeit in der gleichen Weise gesteuert, wie dies bei dem zuvor beschriebenen Ablenksteuermechanismus der ii'all ist. Wenn das Leistungszwangssystem in Verbindung mit Ablenkabtastern verwendet wird, so spielt es eine sekundäre Rolle und wird nur in Tätigkeit gesetzt, wenn die Leistungsanforderung über bestimmte Sicherheitsgrenzen gelangt.

Ein zweites zusätzliches Merkmal bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht in dem automatischen Abgleichmechanismus. Dieser Mechanismus ist mehr im einzelnen in der Patentanmeldung P 21 61 541.8 von U.A. Mathias und E.J. Watson beschrieben. Grundsätzlich wird die automatische Abgleicheinrichtung dazu verwendet, um inhärente Ablenkungen zu messen, die der Maschine anhaften, wie beispielsweise Unregelmäßigkeiten entsprechend einer Wärmedrift und mechanischen Verschiebungen der Spindel. Diese werden überwacht, in eine digitale Form gebracht

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und in dem Computer gespeichert, und zwar mit Hilfe eines kleinen Ringes, der an der Spindel angeordnet ist, ebenso mit Hilfe eines Schalters und eines Ablenkabtasters. Die inhärenten Ablenkungen werden dann automatisch während des Bearbeitungsprozesses oder Schneidprozesses kompensiert. Bei einer Werkzeugmaschine mit mehreren Spindeln, wie sie hier beschrieben wurde, ist es wünschenswert, einen eigenen Abgleichmechanismus für jede Spindel vorzusehen. Die inhärenten Ablenkungen werden durch die Schalter 102, 104 und 106 überwacht, während sich die Spindeln in Luft drehen, d.h. bevor sie an das Werkzeug angreifen. Die inhärenten Ablenkungen gelangen dann als Eingangsgrößen zu einem Normierungsverstärker 108, ähnlich dem Verstärker 70, und werden mittels des Konverters 110 in äquivalenz bt digitale Signale konvertiert. Die digtalen Signale stellen die inhärente Ablenkung in jeder Spindel dar, und sie werden in dem Computer 76 gespeichert. Wann immer eine Ablenkung durch einen der Abtaster 18, 20 und 22 erfaßt wird, während die betreffenden Werkzeuge an das Werkstück angreifen, werden die gemessenen Ablenkfehler mit den entsprechenden inhärenten Ablenksignalen verglichen und durch diese kompensiert. Auf diese Weise stellt das Ablenksignal im vorliegenden lall das gemessene Ablenksignal dar, welches durch die inhärente Ablenkung einer gegebenen Spindel korrigiert wurde. Es sind also diese Ablenksignale, die bei jeder Spindel auftreten, die verglichen werden, um zu bestimmen, welche der Spindeln das größte Ablenksignal zu irgendeinem Zeitpunkt liefert.

Diejenige Spindel, die die größte Ablenkung zu irgendeinem Zeitpunkt aufweist, stellt die Spindel dar, die die Steuerung übernimmt. Die Ausgangsgröße auf der Leitung 112 aus dem Computer 76 enthält ein Signal, welches die steuernde Spindel kennzeichnet. Dieses Signal wird bei 114 wiedergegeben oder dargestellt.

Sämtliche in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

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Patentansprüche

Gerat zum Erzeugen von Signalen, die die größten Exzentrizitäten von mehreren Drehspindeln "bei Werkzeugmaschinen wiedergeben, gekennzeichnet durch folgende Einrichtungen und Merkmale:

a) durch eine Abtasteinrichtung, die auf jede der. Drehspindeln zum Erzeugen einer Vielzahl von Signalen als Funktion der Exzentrizitäten von jeder der Spindeln ansprechen kann; und

b; durch eine Vergleichseinrichtung, die die Vielzahl der Signale empfängt und eine Ausgangsgröße erzeugt, die kennzeichnend für das größte der Signale ist, die von den Spindeln zu irgendeinem Zeitpunkt abgeleitet wurden.
2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Drehspindeln mit Werkzeugen ausgestattet sind, die entsprechend einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit ein Werkstück bearbeiten und wobei die Signale zum Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden, gekennzeichnet durch folgende Einrichtungen und Merkmale :

a) eine Abtasteinrichtung, die auf jede der Drehspindeln zum

ψ Erzeugen einer Vielzahl von analogen Signalen als Funktion der Exzentrizitäten jeder der Spindeln ansprechen kann; '

b) eine Vergleichseinrichtung, die die Vielzahl der analogen Signale empfängt und eine Ausgangsgröße erzeugt, die kennzeichnend für das größte aus der Vielzahl der analogen Signale zu irgendeinem Zeitpunkt ist; und

c.) einen sich anpassenden Steuermechanismus, der die Ausgangsgröße aus der Vergleichseinricht^ng empfängt und ein Ausgangssignal, erzeugt, um die bestimmte Vorschubgeschwindigkeit zu ändern.

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet₉ daß eine Einrichtung zum Erfassen der Leistungsanforderung eines Motors vorgesehen ist, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches die VorSchubgeschwindigkeit derart einstellt, daß die Leistungsanforderung des Motors innerhalb bestimmter Grenzen gehalten wird.
4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Einrichtungen und Merkmale vorgesehen sind:

a) eine Abgleicheinrichtung zum Erfassen der inhärenten periodisch wiederkehrenden Exzentrizitäten der Spindeln, deren Ausgangssignal kennzeichnend für diese periodischen Exzentrizitäten ist; und

b) eine Einrichtung zum Empfangen des Ausgangssignals und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, durch welches das Vorschubgeschwindigkeitssignal derart eingestellt xvird, daß die inhärenten periodischen Exzentrizitäten kompensiert werden»
5· Verfahren zum Erzeugen von Signalen, die die größten Exzentrizitäten von mehreren Drehspindeln bei Werkzeugmaschinen wiedergeben, wobei die Spindeln mit Werkzeugen ausgestattet sind, die mit diesen umlaufen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Erzeugen von elektrischen Signalen, die die Exzentrizitäten von jeder der Spindeln kennzeichnen; und

b) Vergleichen jedes der elektrischen Signale mit einem anderen derselben, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches das größte elektrische Signal zu irgendeinem Zeitpunkt wiedergibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5» wobei eine Eingangsgröße einem sich anpassenden Steuermechanismus eingespeist wird, um die Vorschubgeschwindigkeit eines sich drehenden Werkzeugs relativ zu einem Werkstück einzustellen, wobei die Eingangsgröße auf die Exzentrizitäten jeder Spindel an der Werkzeugmaschine

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anspricht und sich die Spindeln der Werkzeugmaschine gleichzeitig drehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Erzeugen von elektrischen Signalen, die die Exzentrizitäten jeder der Spindeln darstellen;

b) Auswählen des größten elektrischen Signals aus den elektrischen Signalen zu irgendeinem Zeitpunkt;

c) Erzeugen eines Ausgangssignals, welches das größte elektrische Signal darstellt; und

dj Erzeugen eines Vorschubgesehwindigkeits-Regelsignals in einem sich anpassenden Steuersystem, welches auf das Ausgangssignal anspricht, um die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück innerhalb bestimmter Grenzen zu halten.

7- Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit eines sich drehenden Werkzeuges relativ zu einem Werkstück bei einer Werkzeugmaschine mit einer Vielzahl sich gleichzeitig drehender Spindeln zum Haltern der Werkzeuge

Ά) eine erste Ablenksignalkomponente für jede der Spindeln erzeugt wird, wobei- jedes Signal auf die Ablenkung einer der Spindeln in einer bestimmten Richtung ansprechen kann;

b) eine zweite Ablenksignalkomponente für jede der Spindein erzeugt wird, wobei jedes Signal auf die Ablenkung von einer der Spindeln in einer Richtung ansprechen kann, die senkrecht zu der bestimmten Richtung verläuft;

c) daß die erste und die zweite Ablenksignalkomponente jeder Spindel quadriert wird;

d) dann die erste und die zweite ins Quadrat erhobene Signalkomponente jeder Spindel addiert wird;

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e) dann die Quadratwurzel aus jeder Summe gezogen wird, um einen Ablenksignalvektoi· zu bestimmen;

f ) der Ablenksignalvektor jeder Spindel verglichen wird, um den größten Ablenksignalvektor zu irgendeinem .Zeitpunkt zu bestimmen; und daß

g) ein Vorschubgeschwindigkeitssignal erzeugt wird, welches auf den größten Ablenksignalvektor anspricht.

8» Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubgeschwindigkeitssignal durch folgende Verfahrensschritte erzeugt wird:

aj Vergleichen des größten Ablenksignalvektors mit bestimmten Ablenkgrenz en;

h) elektronisches Einstellen des Vorschubgeschwindigkeitssignals in Einklang mit bestimmten Vorschubgeschwindigkeitseinstellungen, die von den verschiedenen vorbestimmten Ablenkgrenzen abhängig sind.

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, AS.

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