DE2257433B2

DE2257433B2 - Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen

Info

Publication number: DE2257433B2
Application number: DE2257433A
Authority: DE
Inventors: Mario Bologna Possati (Italien)
Original assignee: Finike Italiana Marposs SpA
Current assignee: Marposs SpA
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2257433A1; FR2162478A1; SE385097B; FR2162478B1; DE2257433C3; JPS4865573A; GB1416190A; JPS5314797B2; US3842545A; CH553620A; IT940276B

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 8 62 717 ist eine Steuerungsvorrichtung dieser Gattung bekannt, bei der der Meßkopf aus der Meßposition zurückgezogen wird, wenn das gemessene Aufmaß dem vorgegebenen Aufmaß, d. h.

jo dem Fertigmaß des Werkstückes, entspricht. Erst nach dem einen gewissen Zeitraum beanspruchenden Zurückziehen des Meßkopfes kann das fertig bearbeitete Werkstück vom Werkzeug der Werkzeugmaschine entfernt werden. Es gibt Werkzeugmaschinen, bei denen der für das Zurückziehen des Meßkopfes nach Erreichen des Fertigmaßes erforderliche Zeitraum einen verhältnismäßig großen Bruchteil der für die Bearbeitung des einzelnen Werkstückes erforderlichen Zeit ausmacht. Der Ausstoß an fertig bearbeiteten Werkstücken wird somit nicht nur durch die für die Erreichung des Fertigmaßes erforderliche Zeit bestimmt.

Bei Werkzeugmaschinen sind neben dem auf die Zeit bezogenen Ausstoß fertig bearbeiteter Werkstücke beispielsweise auch noch die Oberflächenqualität der bearbeiteten Werkstücke, die Genauigkeit des Fertigmaßes und der Verschleiß des Werkzeugs, insbesondere der Schleifscheibe, zu beachten. In vielen Einsatzfällen der Werkzeugmaschinen wird dem Ausstoß erhöhte

>o Bedeutung beigemessen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die ermöglicht, den Ausstoß an fertig bearbeiteten Werkstücken pro Zeiteinheit zu erhöhen, wobei jedoch die anderen Parameter von Werkstück bzw. Werkzeug, insbesondere die Genauigkeit des Fertigmaßes am Werkstück, annehmbare Werte aufweisen sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

M) Da bereits vor Erreichen des Fertigmaßes eine Messung des Aufmaßes nicht mehr erfolgt, kann der Meßkopf vor dem Ende des für das Entfernen des Übermaßes erforderlichen Zeitraums vom Werkstück zurückgezogen werden. Nach Erreichen des Fertigma-

h5 ßes braucht also nur noch das fertig bearbeitete Werkstück aus der Werkzeugmaschine entfernt zu werden. Die durch das Entfernen des Meßkopfes erst nach Erreichen des Fertigmaßes bei der bekannten

Steuervorrichtung hervorgerufene Totzeit kommt somit in Fonfall, so daß durch die Erfindung eine erhöhte Produktionsleistung ermöglicht ist

Die Werte der anderen vorstehend erwähnten Parameter werden innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten, da die Werkzeugmaschinen eine sehr hohe Betriebsstabilität zeigen, so daß in den meisten Anwendungsfällen eine ausreichende Genauigkeit beim Fertigmaß der bearbeiteten Werkstücke und der Oberflächengüte erzielt werden kann. Auch die Gefahr, daß infolge von im Werkstück vorhandenen harten Stellen die weitere Bearbeitung des Werkstückes nach Zurückziehen des Meßkopfes nicht zum gewünschten Fertigmaß führt, tritt in der Praxis nicht auf, da üblicherweise Werkstückrohlinge bearbeitet werden, die in der Regel aus demselben Grundmaterial stammen und vor dem Bearbeitungsgang denselben Bearbeitungs- und/oder Behandlungsschritten unterworfen sind.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindur? bestimmt die Programmsteuerung vor dem Zurückziehen des Meßkopfes die Zeitfunktion des gemessenen Aufmaßes und extrapoliert diese Zeitfunktion nach Zurückziehen des Meßkopfes ausgehend vom zuletzt gemessenen Aufmaß bis zum Erreichen des Fertigmaßes.

Bei diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes durch den Meßkopf bestimmt die Programmsteuerung die Zeitfunktion, indem sie vor Zurückziehen des M eßkopfes wenigstens zwei von dem Meßkopf abgegebene Meßsignale verarbeitet.

Bei kontinuierlicher Messung des Aufmaßes durch den Meßkopf schließt die Programmsteuerung einen Differenzierer für die Bestimmung der zeitlichen Ableitung des Meßsignals zum Zeitpunkt des Zurückziehens des Meßkopfes ein.

Ein besonders einfaches Steuerverhalten erhält man, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Ausgangssignal der Programmsteuerung eine lineare Funktion der Zeit ist

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung sind in den restlichen Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist in ihren möglichen Ausführungsformen insbesondere für den Einsatz an Einstechschleifmaschinen mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes oder für Pendelschleifmaschinen geeignet.

Die Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm des gemessenen Aufmaßes als Funktion der Zeit bei einer Einstechschleifmaschine,

Fig.2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung.

F i g. 3 ein dem in der F i g. 1 gezeigten vergleichbares Diagramm mit diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes und

F i g. 4 ein Diagramm des Aufmaßes in Funktion von der Bearbeitungszeit beim Pendelschleifen.

Die Fig. 1 zeigt den Graphen 11 des kontinuierlich gemessenen Aufmaßes 5 als Funktion der Bearbeitungszeit t in einem rechtwinkligen Koordinatensystem für den Fall des Einstechschleifens: der Graph 11 fällt mit zunehmender Zeit t stetig ab, bis er die Abszisse des Koordinatensystems schneidet. Dann ist das Aufmaß 5=0 und das zu bearbeitende Werkstück weist sein Fertigmaß auf, so daß die Schleifscheibe vom Werkstück entfernt werden muß, wenn das Fertigmaß nicht unterschritten werden soll, und das Werkstück aus der Maschine ausgestoßen werden kann.

Um den Meßkopf 16 (vgL F i g. 2), mit dem die Abweichung des Aufmaßes vom Fertigmaß während des Bearbeitungsvorganges kontinuierlich gemessen wird, schon vor dem Erreichen des Fertigmaßes 5=0 vom Werkstück entfernen zu können, wird beim Erreichen eines vorgegebenen Wertes Si des Aufmaßes S zum Zeitpunkt t\ von einer dem Meßkopf nachge-

iü schalteten Schaltung ein zum Entfernen des Meßkopfes 16 führendes Signal erzeugt Danach wird die Funktion S=S(t) ^m't der bei S₁=S(U) vorhandenen Steigung in Richtung zunehmender Zeit als Geradenabschnitt 31 extrapoliert, welcher Abschnitt die Abszisse zum

ι 5 Zeitpunkt h bei 5= 0 schneidet

Die dem Meßkopf 16 nachgeschaltete Schaltung ist in Form eines Blockdiagramms in F i g. 2 dargestellt Das vom Meßkopf 16 abgegriffene Signal wird zunächst auf einen Verstärker 17 gegeben. Der Ausgang des Verstärkers 17 ist einerseits mit einem Eingang einer Torschaltung 18 und andererseits mit dem Eingang eines Vergleichers 19 verbunden. Wie in der F i g. 2 durch die mit /Csi bezeichnete und jeweils mit einem Eingang der Torschaltung 18 bzw. des Vergleichers 19 verbundene Klemme dargestellt ist, wird den beiden genannten Schaltkreisen ein dem Aufmaß S\ entsprechendes Signal zugeführt. Die nicht gezeigte Schaltung zum Erzeugen dieses Signals sol! eine Veränderung des Signalpegels ermöglichen. Der Ausgang des Verglei-

i(i chers 19, an dem bei Übereinstimmung der Eingangssignale ein Signal ansteht, ist einerseits mit dem Steuereingang der Torschaltung 18 und andererseits mit dem Steuereingang eines Schalters 22 verbunden.
Der Schalter 22 schaltet das Ausgangssignal eines Differenzierers 21, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 17 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Differenzierers entspricht dem Momentanwert V₃ des Abschliffes, d. h. der Zerspannungsgeschwindigkeit.

Dem Schalter 22 ist ein Speicher 23 nachgeschaltet.

Der Ausgang des Speichers 23 ist mit einem Signalgenerator 24 verbunden, der beim Auftreten eines von Null abweichenden Signals am Eingang an seinem Ausgang ein Signal erzeugt, das dem Produkt des dem Ausgangssignal des Differenzierers 21 entsprechenden Eingangssignals und der seit dem Auftreten des Eingangssignals verstrichenen Zeit entspricht. Der Ausgang des Signalgenerators 24 ist mit dem negativen Eingang einer Differenzeinheit 26 verbunden, deren positiver Eingang mit dem Ausgang der Torschaltung 18 verbunden ist. Das am Ausgang der Differenzeinheit 26 anstehende und der Differenz der beiden Eingangssignale entsprechende Signal wird auf ein Anzeigeinstrument 27 und eine den Bearbeitungszyklus der Werkzeugmaschine steuernde Schaltung 28 gegeben.

Die Schaltung arbeitet auf folgende Weise:

An die Klemme Ks^ wird ein dem Aufmaß S] entsprechendes Signal angelegt. Am Ausgang des Verstärkers 17 steht ein dem gemessenen Aufmaß S entsprechendes Signal an. Solange S größer als Si ist,

M) steht am Ausgang der Torschaltung 18 das Signal Sund am Eingang des Signalgenerators 24 das Signal 0 an; der Signalgenerator erzeugt somit ebenfalls ein Ausgangssignal 0, so daß am Ausgang der Differenzeinheit 26 ebenialls das Signal Sauftritt.

b^r> Wenn zum Zeitpunkt fi das Aufmaß S gleich dem vorgegebenen Aufmaß S\ ist, tritt am Ausgang des Vergleichers 19 ein Ausgangssignal auf, das eine Entfernung des Meßkopfes 16 vom Werkstück fort

bewirkt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 19 beeinflußt die Torschaltung 18 derart, daß an ihrem Ausgang das zeitabhängige Signal S abfällt und dafür das an ihrem Eingang anstehende reitunabhängige Signal Si erscheint.

Weiterhin wird durch das Ausgangssignal des Vergleichers 19 der Schalter 22 betätigt. Somit kann dann dem Speicher 23 das am Ausgang des Differenzierers 21 anstehende Signal V^, = V_A(t,) zugeführt und in ihm gespeichert werden.

Vom Augenblick /ι an, wird dem negativen Eingang der Differenzeinheit 26 ein dem Produkt V_Ai ■ t entsprechendes Signal zugeführt, so daß in der Differenzeinheit 26 das Signal Si—V/i, · t gebildet wird. Dieses Differenzsignal geht linear auf Null, da Si ein konstanter Wert ist und ν_Λ) · t mit der Zeit linear anwächst. Beim Erreichen des Nullwertes wird der Bearbeitungsvorgang beendet, und das Werkstück kann aus der Maschine entfernt werden, ohne daß zuvor eine Totzeit zum Entfernen des Meßkopfes 16 verstreicht.

Es hat sich gezeigt, daß die Funktion und damit der Graph 11 im unteren Bereich fast linear verlaufen, wie es gestrichelt in der F i g. 1 dargestellt ist. Damit ist der Fehler, der bei einer linearen (tangentiellen) Extrapolation über den Punkt Si=S(fi) hinaus auftritt, praktisch vernachlässigbar. Si ist also so zu wählen, daß einerseits noch genügend Zeit zum Entfernen des Meßkopfes 16 vor der Beendigung des Bearbeitungsvorganges, d. h. vor dem Erreichen des Fertigmaßes, verbleibt und andererseits durch die Extrapolation am Werkstück kein nicht akzeptierbarer Fehler auftritt.

Bei Berücksichtigung weiterer Ableitungen über die erste Ableitung hinaus, kann der Fehler noch kleiner gemacht werden.

Die F i g. 3 zeigt den Graphen 12 des Aufmaßes S als Funktion der Bearbeitungszeit t für den Fall des Einstechschleifens. Jedoch erfolgt hier eine diskontinuierliche Messung der Funktion S=S(t), so daß hier nur Meßpunkte der stufenförmigen Meßkurve 13, wie die Punkte A und B, zur Verfügung stehen. Hier kann alsc unter Umständen das vorgegebene Aufmaß Si nicht mil einem Meßpunkt zusammenfallen, sondern wie in dei F i g. 3 dargestellt ist, zwischen zwei Meßpunkten A unc

■-, B liegen. Wird dann zum Zeitpunkt h das Aufmaß L gemessen, das unterhalb des vorgegebenen Aufmäße; Si liegt, wird in der Steuerschaltung ein Signal erzeugt das zum Entfernen des Meßkopfes vom Werkstück führt. Die Programmschaltung ist dann so auszulegen

κι daß jeweils mindestens zwei aufeinanderfolgend« Meßpunkte gespeichert werden, so daß, wenn einer vor ihnen unterhalb des vorgegebenen Aufmaßes Si liegt aus den beiden gespeicherten Aufmaßwerten eine Gerade berechnet werden kann, die der Extrapolatior

r, des Graphen 12, ausgehend von dem zuletzt gemesse nen Aufmaß B, in einem geraden Abschnitt 32 dient, dei die Abszisse im Zeitpunkt t= f2, also beim Erreichen de; Fertigmaßes schneidet. Die Diskontinuität in dei Messung des Aufmaßes S kann zum Beispiel durch eir periodisches Entfernen des Meßkopfes vom Werkstücl· hervorgerufen werden.

Die Fig.4 zeigt den Graphen 14 des kontinuierlich gemessenen Aufmaßes SaIs Funktion der Bearbeitungs zeit t beim Pendelschleifen. Auch hier liegt dai vorgegebene Aufmaß Si mit großer Wahrscheinlichkei zwischen den gemessenen Werten A und B, so daß auch hier die Bestimmung einer durch die beiden zuletz gemessenen Aufmaße durchgehenden Geraden zui Extrapolation des Giaphen 14, ausgehend vom Aufrnat B, angezeigt ist.

Bei allen Arbeitsweisen kann durch das vorzeitig« Entfernen des Meßkopfes vor Beendigung des Bearbei tungsvorganges die für die Bearbeitung erforderlich« Zeit erniedrigt und damit die Produktivität erhöh

3-, werden, ohne daß das Fertigmaß des Werkstückes einer nicht akzeptierbaren Fehler aufweist. Der Zeitgewinr liegt bei mindestens 10 bis 15 Prozent der Dauer de; Bearbeitungsvorganges.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, mit einem Meßkopf zur Erzeugung eines dem gemessenen Aufmaß des zu bearbeitenden Werkstücks entsprechenden Signals, mit einer mit dem Meßkopf verbundenen Steuerschaltung und mit einer mit der Steuerschaltung verbundenen Einrichtung zum selbsttätigen Zurückziehen des Meßkopfes aus der Meßposition, wobei das Zurückziehen des Meßkopfes bei Erreichen einer vorgegebenen Relation zwischen dem gemessenen Aufmaß und einem vorgegebenen Aufmaß erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung das Zurückziehen des Meßkopfes (16) bei einem vorgegebenen Wert (Si) des gemessenen Aufmaßes föj größer als das Fertigmaß (S=O) einleitet und daß nach Zurückziehen des Meßkopfes die Endbearbeitung des Werkstücks in Abhängigkeit vom zu.'etzt gemessenen Werkstückmaß nach Maßgabe einer in der Steuerschaltung vorgesehenen Programmsteuerung (21 —24,26) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuerung (21—24, 26) vor dem Zurückziehen des Meßkopfes (16) die Zeitfunktion des gemessenen Aufmaßes (S) bestimmt und diese Zeitfunktion nach Zurückziehen des Meßkopfes (16) ausgehend vom zuletzt gemessenen Aufmaß bis zum Erreichen des Fertigmaßes (5= 0) extrapoliert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes (S) durch den MeOkopf (16) die Programmsteuerung die Zeitfunktion bestimmt, indem sie vor Zurückziehen des Meßkopfes (16) wenigstens zwei von dem Meßkopf (16) abgegebene Meßsignale (A, B) verarbeitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlicher Messung des Aufmaßes durch den Meßkopf die Programmsteuerung (21—24, 26) einen Differenzierer (21) für die Bestimmung der zeitlichen Ableitung (V^₁) des Meßsignals (S) zum Zeitpunkt des Zurückziehens des Meßkopfes (16) einschließt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Programmsteuerung (21—24, 26) eine lineare Funktion der Zeit ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Maschinensteuereinheit (28) und eine zwischen Maschinensteuereinheit (28) und Meßkopf (16) geschaltete erste Schalteinheit (18) aufweist, der das gemessene Aufmaß (S) und ein dem vorgegebenen Aufmaß (Si) entsprechendes Bezugssignal zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal eines Vergleichers (19) die Schalteinheit (18) derart schaltet, daß bei Erreichen des vorgegebenen Aufmaßes (Si) die Maschinensteuereinheit (28) von dem Meßkopf (16) abgetrennt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuerung eine mit dem Vergleicher (19) verbundene zweite Schalteinheit (22) aufweist, die zwischen den Differenzierer (21) und einen Speicher (23) geschaltet ist derart, daß bei Erreichen des vorgegebenen Bezugssignals (S))

durch das Meßsignal des Aufmaßes das Ausgangssignal des Differenzierers (21) in dem Speicher (23) gespeichert wird, daß dem Speicher (23) ein Signalgenerator (24) für die Erzeugung eines mit der Zeit anwachsenden Signals nachgeschaltet ist, welches dem Produkt aus dem beim Durchschalten der zweiten Schalteinheit (22) anliegenden Ausgangssignal (Vai) des Differenzierers (21) und der seit dem Durchschaltzeitpunkt verstrichenen Zeit entspricht und daß dem über die Zeit integrierten Signalgenerator (24) und der ersten Schalteinheit (18) eine Differenzeinheit (26) derart nachgeschaltet ist, daß diese nach dem Zurückziehen des Meßkopfes (16) aus dem Bezugssignal (Si) und dem Ausgangssignal (V_A^ χ t) des Signalgenerators (24) das für die Endbearbeitung des Werkstückes erforderliche Steuersignal (Si -Va₁X-O ableitet und an die Maschinensteuereinheit (28) anlegt