DE2165926C2

DE2165926C2 - Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkzeugspindeln

Info

Publication number: DE2165926C2
Application number: DE2165926A
Authority: DE
Inventors: Emile John Pilafidis; Viswanathan Cincinnati Ohio Thiagavajan
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1982-06-09
Also published as: CA990828A; JPS5551694B1; DE2165926A1; GB1340828A; US3752968A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkzeugspindeln, bei der mehrere Meßfühler zum Erfassen der Auslenkung der Spindeln in mindestens einer Richtung und Einrichtungen vorgesehen sind, die die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeuge in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Meßfühler nach einer vorgegebenen Beziehung einstellen. .

Aus der Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb«, 1969, Heft 5, Seite 271 -272, ist eine Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung eines Werkzeuges an einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel bekannt geworden. Dort sind Meßfühler votgesehen, die die Abweichung der Spindel in zwei Richtungen messen. In Abhängigkeit der Ausgangssignale dieser Meßfühler wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges nach einer vorgegebenen Beziehung eingestellt Dies führt zu einem geringen Werkzeugverschleiß, guten Oberflächen des Werkstückes und letztlich zu kurzen Bearbeitungszeiten.

Aus der US-Zeitschrift »American Machinist«, 23. Mai 1966, Seiten 103-105, ist es bekannt, die bekannte Steuerungsvorrichtung für eine Werkzeugspindel auch bei Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkzeugspindeln einzusetzen. Hierbei wird jedoch die

ίο Vorschubbewegung jedes Werkzeuges getrennt gesteuert Die einzelnen Spindeln arbeiten daher auch vollkommmen unabhängig voneinander. Nachteilig an dieser Steuerungsvorrichtung ist vor allem die Tatsache, daß bei Mehrspindelmaschinen die Steuerungsvorrichtungen mehrfach vorgesehen sein müssen. Da die einzelnen Spindeln vollkommen unabhängig voneinander arbeiten, ergibt sich auch ein unterschiedlicher Werkzeugverschleiß. Es müssen daher während des Fertigungsprozesses in unregelmäßigen Abständen einzelne Werkzeuge ausgewechselt werden. Auch können aufgrund des unabhängigen Arbeitens der einzelnen Spindeln unterschiedliche Bearbeitungszeiten an den einzelnen Werkstücken auftreten, so daß eine taktgesteuerte Fertigung nicht möglich ist

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit einer Steuerungsvorrichtung alle Spindeln eir.er Mehrspindelmaschine gleichzeitig überwacht und bei der Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeuge berücksichtigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die die Ausgangssignale der Meßfühler miteinander vergleicht und das jeweils momentan größte dieser Ausgangssigna-Ie als Steuersignal zum Verändern der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeuge ausgibt.
Hierdurch erhält man folgende Vorteile:

— Durch Verwendung nur einer Steuerungsvorrichtung wird der bauliche Aufwand verringert;

— alle Spindeln arbeiten gleichzeitig und synchron;

— der Werkzeugverschleiß der einzelnen Werkzeuge ist relativ gleichmäßig;

— die Mehrspindelmaschine kann taktgesteuert arbeiten, wodurch nur eine NC-Einheit das gleichzeitige Arbeiten mehrerer Spindeln steuern kann.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, daß jeweils diejenige Spindel, die »führende« Spindel ist, die momentan die größte Belastung erfährt. Hierdurch steuert zwar die Spindel mit den »ungünstigsten« Betriebsbedingungen die Bearbeitungsbedingungen für die anderen Spindeln. Durch den Vorteil der gleichzeitigen und synchronen Bearbeitung der Werkstücke an den einzelnen Spindeln wird dieser eventuelle Nachteil jedoch bei weitem überwogen.

Durch die in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen der Unteransprüche 2—4 wird die Steuerung verfeinert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Steuerungsvorrichtung der Erfindung,

Fig. 2a bis 2d Beispiele von zeitlichen Verlaufen der Ausgangsssignale der Meßfühler,

Fig.3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionen der verschiedenen Komponenten der Steuerungsvorrichtung der Erfindung,

Fig.4 ein detaillierteres Blockschaltbild eines Aus-

führungsbeispiels der Steuerungsvorrichtung der Erfindung und

Fig.5 ein Diagramm der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Signale der Meßfühler.

In F i g. 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 gezeigt, die mehrere sich gleichzeitig drehende Werkzeugspindeln 12,14 und 16 aufweist Während sich die Spindeln 12,14 und 16 drehen, werden die periodischen Auslenkungen (Exzentrizitäten) jeder Spindel durch Meßfühler 18, 20 und 22 jeweils abgetastet Allgemein wird die Messung ι ο sowohl in der X- als auch in der V-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 Vergleichseinrichtung 24, die das größte analoge Signal bestimmt, das als Ausgangsgröße aus der Vergleichseinrichtung 24 erscheint. Es bezeichnet somit die größte Auslenkung der drei Spindeln zu irgendeinem Zeitpunkt

Die F i g. 2a bis d zeigen Beispiele der Ausgangssigna-Ie der Meßfühler 18,20,22 an verschiedenen Steilen der Steuerungsvorrichtung der Fig. 1. Die vertikalen Achsen stellen die Größe der Ausgangssignale dar, während die horizontalen Achsen die Lage einer festen Stelle oder eines festen Punktes auf der Spindel wiedergeben, während sich diese dreht, bzw. im vorliegenden Fall, wo die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindel konstant ist, die Zeit Die markierten Zyklen in jeder F i g. 2a bis d stellen eine vollständige Umdrehung der sich gleichzeitig drehenden Spindeln jo 12,14 und 16 dar.

Fig.2a zeigt das Ausgangssignal des Meßfühlers 18, der die Auslenkung der Spindel 12 während ihrer Drehung erfaßt. Dieses Signal erscheint auf einer Leitung 32 in Fig. 1. Die auf diese Weise erfaßten J5 Auslenkungen bzw. Exzentrizitäten treten aufgrund nicht-idealer Betriebsbedingungen auf. Wird der Vorschub der Spindel 12'zu einem Werkstück während des Bearbeitungsprozesses erhöht, so nimmt i. d. R. auch die entsprechende Auslenkung zu.

Da die Spindeln 12, 14 und 16 gleichzeitig arbeiten, werden sie alle mit der gleichen Vorschubgeschwindigkeit vorgeschoben; auch drehen sie sich mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit Somit ändert sich das Ausgangssignal der Meßfühler jeder Spindel gleichzeitig mit der Vorschubgeschwindigkeit. Da jedoch die Arbeitsbedingungen für die einzelnen Spindeln nicht identisch sind, ist auch das Ausgangssignal der Meßfühler zu irgendeinem Zeitpunkt (oder in irgendeiner bestimmten Drehstellung) nicht notwendigerweise für jede Spindel gleich. Dies ist in den F i g. 2a und 2b gezeigt F i g. 2b stellt das Ausgangssignal des Meßfühiers 20 dar, der der Spindel 14 zugeordnet ist. Dieses Signal erscheint auf der Leitung 30 (Fig. 1/. Fig.2c zeigt in ähnlicher Weise das Ausgangssignal des der Spindel 16 zugeordneten Meßfühlers 22, das auf der Leitung 26 (F i g. 1) erscheint.

Alle Ausgangssignale der Meßfühler 18, 20, 22 gelangen als Eingangssignal zu der Vergleichseinrichtung 24, wo das größte der Eingangssignale ermittelt wird und an den Ausgang der Vergleichseinrichtung gegeben wird. Dieses Signal ist in F i g. 2d gezeigt Es ist somit ein zusammengesetztes Signal, das jeweils aus dem größten der Signale der Fig.2a bis 2c besteht. Dieses Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 24 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 die der Spindeln 14 und 16. Daher entspricht.auch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 24 (F i g. 2d) an dieser Stelle bzw. zu dieser Zeit genau dem von der Spindel 12 abgegriffenen Auslenksignal. An der Stelle 35 in den F i g. 2a bis c läßt sich erkennen, daß das größte Signal nunmehr an der Spindel 14 (Fig.2b) auftritt Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 24 (F i g. 2d) entspricht demnach an dieser Stelle bzw. zu dieser Zeit der Auslenkung der Spindel 14.

Es sei hervorgehoben, daß in den Fällen, bei denen nicht alle zur Verfugung stehenden Spindeln verwendet werden, die Steuervorrichtung ebenso funktioniert, wie oben beschrieben. Wenn beispielsweise nur die Spindeln 14 und 16 verwendet werden und die Spindel 12 leerläuft, so wird der Meßfühler 18 keine Ablenkung erfassen. Das in F i g. 2d dargestellte zusammengesetzte Signal würde dann nur aus den Komponenten bestehen, die von den Abtastern 20 und 22 stammen. Die Steuerungsvorrichtung kann demnach in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwendet werden, die eine beliebige Anzahl von Spindeln aufweist, die in beliebiger Kombination eingesetzt werden.

F i g. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das die verschiedenen Schritte veranschaulicht, die durch die Steuervorrichtung nach der Erfindung durchgeführt werden. Allgemein sind Ablenk-Meßfühler für zwei orthogonale Richtungen 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 Meßfühler 18a und 18f> stellen den Meßfühler 18 der F i g. 1 dar. Die Meßfühler 20a und 20b bzw. 22a und 226 stellen die Meßfühler 20 bzw. 22 der F i g. 1 dar. Die Ablenkkomponente, die durch den Meßfühler 18a erfaßt wird, wird mit der orthogonalen Komponente, die durch den Meßfühler 18Zj erfaßt wird, in einer Einrichtung 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 Größen B und Cwerden in Einrichtungen 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.

Eine Verknüpfungsmatrix besteht aus den Entscheidungsblocks 42, 44 und 46, die die Funktionen der Vergleichseinrichtung 24 der F i g. 1 durchführen. Sie bestimmen einfach, welches der Signale A, θ 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 auch in dieser Beziehung richtig arbeitet, wird immer das erste von zwei gleichen Signalen herausgegriffen. Irgendeine alternative Arbeitsweise 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 48 fließt. Die Spindel 12 ist dann steuernd bzw. führend, 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 ist, wird die Spindel 12 gesteuert und ι ο

r>

Wenn B oder Cder größte Vektor ist, dann wird

was durch den Fup.ktionsblock 50 bzw. 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 2« 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 Falle 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 hält, 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 Meßfühler so angeordnet ist, daß er die Ablenkung einer Spindel, wie im vorliegenden Falle, 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 Obertragungszahl Nt wiedergegeben. Bei einem Betrieb mit mehreren Spindeln wird nur eine -"> Obertragungszahl zu einem bestimmten Betrieb benötigt. /Vy-kann leicht geändert werden, jedoch im Einklang mit der Anzahl der verwendeten Spindeln. Demnach muß die richtige Größe von Nt für die Anzahl der bei einem bestimmten Betrieb zur Anwendung gelangen den Spindeln als Eingangsgröße vorgegeben werden.

Der Funktionsblock 54 stellt eine Multiplizievstufe dar, die die vorherbestimmte Übertragungszahl Nt mit der gemessenen größten Ablenkung d verbindet, um die richtige Ablenkung c/_rzu erzeugen. Das Ausgangssignal so άτ des Funktionsblockes 54 stellt die tatsächliche Ablenkung eines sich drehenden Werkzeugs 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 Falle zutrifft, stellt άτ 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 vorgegebenen 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 Entscheidungsblöcken 56,58 und 60 besteht.

In dem Entscheidungsblock 56 stellt die Größe d_gap 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 Luftspaltablenkung dgap.

Wenn άτ kleiner oder gleich d_g,_p ist, so kann der Bearbeitungsprozeß mit einer maximalen Vorschubgeschwindigkeit fortgeführt werden. Dies wird nun durch den Funktionsblock 62 gesteuert, der ein Einstellvorschubsignal 63 auslöst, welches der vollen Vorschubgeschwindigkeit entspricht und einer Werkzeugmaschinen-Steuereinheit über die Übertragungsleitung 65 zugeführt wird.

Wenn άτ größer als d_gap ist, können sich zwei Dinge ereignen. Dies kann am besten unter Hinweis auf F i g. 5 verstanden werden, die eine Kurve zeigt, die die Beziehung zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Ablenkung einer typischen, sich selbsttätig an Grenzwerte anpassenden Steuerungsvorrichtung (adaptive control) wiedergibt. Die vertikale Achse stellt die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück dar, und die horizontale Achse stellt das Ablenksignal dar, welches von der steuernden Spindel abgegriffen wird. Wie sich aus F i g. 5 entnehmen läßt, wir die Vorschubgeschwindigkeit durch eine bestimmte Konstante K reduziert, sobald das Ablenksignal die Schwelle d_gap erreicht. Die Konstante K wird durch verschiedene Faktoren, wie Dynamik der Maschine, Eigenschaften des Werkzeugs und gewünschte Genauigkeit des fertiggestellten Werkstücks, bestimmt Während der Periode, während der das Ablenksignal größer als d_gap ist entspricht die adaptive Steuerung einem durch Grenzwerte bestimmten System. Das bedeutet, daß, sobald der feste Vorschubbereich verlassen wird, der Bearbeitungsprozeß in ein Gebiet gelangt, in welchem er durch Grenz- bzw. Schwellenwerte eingeschränkt ist. Im vorliegenden Falle wird der Schwellwert erreicht wenn das Ablenksignal größer als ά, wird (vgl. F ig. 5).

Der feste Vorschubbereich ist in der Ausgangsgröße des Entscheidungsblocks 58 enthalten. Für die Periode, während welcher das Ablenksignal größer als ά^ρ, jedoch kleiner als ά\ ist befindet sich die Vorschubgeschwindigkeit F auf einem Maximum entsprechend einer maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeit hier wie dies durch den Funktionsblock 64 bestimmt

wird. Die obere Grenze des festen Vorschubbereiches d\ ist ein prozentualer Wert der Ablenkgrenze tfc, bei dem ermöglicht wird, daß das erzeugte TeQ innerhalb der geforderten Toleranzen gehalten wird. Allgemein beträgt d\ nahezu 0,8 tfc.

Wenn d_T größer als d\ ist so gelangt die adaptive Steuerung in den Bereich der Grenzwertregelung. Dort ändert sich die Vorschubgeschwindigkeit umgekehrt mit dem AblenksignaL In dem in den Fig.3 und 5 veranschaulichten System läßt sich erkennen, daß die Beziehung für die Vorschubgeschwindigkeit wie folgt lautet:

Dabei ist F die Vorschubgeschwindigkeit, und — ist

Δ d

die Steigung der Grenzwertregelungskurve und ist wenigstens teilweise von den Maschinendynamikwerten, den Eigenschaften des Werkzeugs und der geforderten Genauigkeit abhängig. Wenn sich das Ablenksignal dr in dem Bereich zwischen d_t und d₂ befindet, so wird die Vorschubgeschwindigkeit durch den Funktionsblock 66 bestimmt. Wenn das Ablenksignal di überschreitet, wo wird die Vorschubgeschwindigkeit durch den Funktionsblock 68 auf einen vorgegebenen niedrigen Wert F_nMHg eingestellt. Die Funktionsblöcke 66 und 68 werden durch den Entscheidungsblock 60 aktiviert, welcher feststellt, ob die Ablenkung sich innerhalb oder jenseits des Bereiches der Grenzwertregelung befindet. Wie sich aus F i g, 5 entnehmen läßt, erstreckt sich der volle Bereich der Vorschubgeschwindigkeit F im Bereich der Grenzwertregelung von

-^rr-bis F_nicdrig. κ

Um eine optimale Produktionsfolge zu erreichen, ist es wünschenswert, den Ablenkfehler so nahe wie möglich bei d\ zu halten. Wenn sich dr näher bei d_gap befindet als bei d\, so kann die maximale Vorschubgeschwindigkeit Fvaii so eingestellt werden, daß der Bearbeitungsprozeß zur Schwelle des Grenzwertregelungsbereiches gebracht wird. Von hier aus übernimmt die selbsttätige Steuervorrichtung die Kontrolle. Auf diese Weise kann das Bearbeitungswerkzeug mit i. hezu optimaler Geschwindigkeit bei jedem speziellen Arbeitsvorgang arbeiten.

Fig.4 veranschaulicht eine· etwas abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung. Die Meßfühler 18, 20 und 22 sind genauso, wie zuvor geschildert, verbunden und arbeiten in gleicher Weise, um analoge Ablenksignale für jede der drei Spindeln zu liefern. Ein Normierungsverstärker 70 bereitet diese Signale für eine Analog/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 eines Analog/Digital-Wandlers 74. Ein digitaler Computer 76 führt dann die grundlegende Funktion der vorbeschriebenen Vergleichsstufe 24 und einer adaptiven Steuerung aus.

Die tatsächlichen Ablenktoleranzgrenzen 78 (W₁ und di\ die Übertragungszahl 80 (Ni) und die Luftspaltgeschwindigkeit 82 (F bei d&p) 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 steuernden bzw. führenden Spindel zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt wiedergibt Dieses Signal wird in ein analoges Signal umgewandelt, und zwar mit Hilfe des Digital/Analog-Wandlers 86. Es wird als prozentualer Wert der gesamten zulässigen Ablenkung am Ablenkanzeigegerät 88 angezeigt Die weitere Ausgangsgröße des Computers 76, die auf der Leitung 90 erscheint, stellt das digitale Signa! dar, welches die korrigierte Vorschubgeschwindigkeit der Spindel aufgrund der gemessenen Ablenkung wiedergibt Das korrigierte Vorschubgeschwindigkeitssignal wird in ein äquivalentes analoges Signal durch einen Digital/Analog-Wandler 92 umgewandelt und als prozentualer Wert der maximalen Vorschubgeschwindigkeit am Vorschubanzeigegerät 94 angezeigt. Dieses analoge Vorschubgeschwindigkeitssignal wird auch einer Werkzeugmaschinen-Steuereinheit % zugeführt; diese stellt

-, die Betriebs-Vorschubgeschwindigkeit der Spindel ein, so daß diese mit dem korrigierten Vorschubgeschwindigkeitssignal übereinstimmt.

Das in F i g. 4 gezeigte System weist zwei zusätzliche Einrichtungen auf, die in Verbindung mit der Erfindung

ίο verwendet werden können. Ein Leistungs-Meßfühler 98 erfaßt die aufgenommene Leistung eines Motors, der die Spindeln während eines Bearbeitungsprozesses dreht. Dieses Signal dient als Sicherung gegen Überlastung und reduziert die eingestellte Vorschubge-

r, schwindigkeit am Computer 76, wenn die Leistungsaufnahme des Motors einen vorgegebenen Sicherheits-Grenzwert überschreiten sollte. Die Leistungsaufnahme des Motors, der die Spindeln antriebt, wird als ein prozentualer Wert der Nennleistung am Anzeigegerät

in 100 angezeigt. Der Leistungs-Meßfühler 98 liefert eine Eingangsgröße an den Computer 76, um die Vorschubgeschwindigkeit zusätzlich nach Maßgabe eines weiteren Grenzwerts einzustellen. Das heißt, die Kurve in F i g. 5 stimmt grundsätzlich mit der Kurve zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Leistungsaufnahme des Motors. In einer Vorschubgeschwindigkeit-Leistungsaufnahmekurve wäre auf der horizontalen Achse der Leistungsbedarf aufgetragen, wobei dgap durch die Leistung im Luftspalt, also bei

so Leerlauf, ersetzt sein würde und d\ und dz durch bestimmte Sicherheits-Grenzwerte der Leistungsaufnahme ersetzt sein würden. Wenn demnach die Leistungsaufnahme den Grenzwertregelungsbereich erreicht, so wird die Vorschubgeschwindigkeit grundsätzlich in der gleichen Weise selbsttätig geändert, wie dies bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall war. Die Einrichtungen zum Erfassen der Leistungsaufnahme des Motors und zur entsprechenden Änderung der Vorschubgeschwindigkeit stellen bei Verwendung zusammen mit Auslenkungs-Meßfühlern eine Zusatzeinrichtung dar, die nur dann wirksam wird, wenn die Leistungaufnahme des Motors den vorbestimmten Sicherheits-Grenzwert überschreitet
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß eine automatische Abgleicheinrichtung vorgesehen ist (Diese Einrichtung ist im einzelnen in der Patentanmeldung P 21 61 541.8 (vgL zugehörige DE-OS 21 61 541) beschrieben.) Grundsätzlich wird die automatische

so Abgleicheinrichtung dazu verwendet, um inhärente Aus- bzw. Ablenkungen der Spindel 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 und in dem Computer gespeichert, und zwar mit Hilfe eines kleinen Ringes, der an der Spindel angeordnet ist, eines Näherungs-Schalters und des Ablenk-Meßfühlers. Die inhärenten Ablenkungen werden dann automatisch während des Bearbeitungsprozesses berücksichtigt Bei einer Werkzeugmaschine mit mehreren Spindeln, wie sie hier beschrieben wurde, ist es wünschenswert, eine eigene Abgleicheinrichtung für jede Spindel vorzusehen. Die inhärenten Ablenkungen werden durch Näherangs-Schalter 102, 104 und 106 überwacht, während sich die Spindeln in Luft drehen, d. h. bevor die Werkzeuge am Werkstück angreifen. Die inhärenten Ablenkungen gelangen dann als Eingangsgrößen zu

einem Normierungsverstärker 108, ähnlich dem Verstärker 70, und werden mittels eines Konverters 110 in äquivalente digitale Signale umgewandelt. Die digitalen Signale stellen die inhärente Ablenkung jeder Spindel dar, und sie werden in dem Computer 76 gespeichert. Wann immer eine Ablenkung durch einen der Meßfühler 18, 22 und 20 erfaßt wird, während die betreffenden Werkzeuge am Werkstück angreifen, werden die gemessenen Ablenkfehler mit den entsprechenden inhärenten Ablenksignalen verglichen und durch diese kompensiert. Auf diese Weise stellt das Ablenksignal im vorliegenden Falle das gemessene Ablenksignal dar, welches durch die inhärente Ablen-

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kung einer gegebenen Spindel korrigiert wurde. Dies sind die bei jeder Spindel auftretenden Ablenksignale, die verglichen werden, um festzustellen, 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 jeweils die Steuerung übernimmt. Die Ausgangsgröße auf der Leitung 112 aus dem Computer 76 enthält ein Signal, welches die steuernde Spindel kennzeichnet. Dieses Signal wird in einem Anzeigegerät 114 wiedergegeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkzeugspindeln, bei der mehrere Meßfühler zum Erfassen der Auslenkung der Spindeln in mindestens einer Richtung und Einrichtungen vorgesehen sind, die die Vorcchubgeschwindigkeit der Werkzeuge in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Meßfühler nach einer vorgegebenen Beziehung einstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (24) vorgesehen ist, die die Ausgangssignale der Meßfühler (18; 20; 22) miteinander vergleicht und das jeweils momentan größte dieser Ausganssignale als Steuersignal zum Verändern der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeuge ausgibt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zum Erfassen der Leistungsaufnahme eines Motors für den Antrieb der Spindeln, durch deren Ausgangssignal die Vorschubgeschwindigkeit derart einstellbar ist, daß die Leistungsaufnahme des Motors innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (98) zum Erfassen der Leistungsaufnahme des Motors eine Zusatzeinrichtung darstellt, die nur dann wirksam wird, wenn die Leistungsaufnahme des Motors einen vorgegebenen Sicherheits-Grenzwert überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgleicheinrichtung (102; 104; 106; 108, 110, 76) vorgesehen ist, die die Leerlaufauslenkungen der Spindeln feststellt und speichert, wenn die Werkzeuge nicht im Eingriff mit Werkstücken stehen, und daß in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung die Vorschubgeschwindigkeit derart einstellbar ist, daß die Leerlaufauslenkungen während der Bearbeitung kompensiert werden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (36; 38; 40) vorgesehen sind, die jeweils Ausgangssignale von zwei einer Spindel zugeordneten Meßfühlern derart verarbeiten, daß jeweils die zwei von den Meßfühlern einer Spindel stammenden Signale quadriert und anschließend addiert werden und daß dann die Quadratwurzel aus jeder der Summen gezogen wird.