DE2257433C3 - Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen - Google Patents
Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere SchleifmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen gemäß dem Obcr-
J) begriff 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.
in 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
An Werkstücken wird somit nicht nur durch die für die Erreichung des Fertigmaßes erforderliche Zeit bestimmt.
Bei Werkzeugmaschinen sind neben dem auf die Zeit bezogene ι Ausstoß fertig bearbeiteter Werkstücke
beispielsweise auch noch die Oberflächenqualität der bearbeiteten Werkstücke, die Genauigkeit des Fertigmaßes
und der Verschleiß des Werkzeugs, insbesondere der Schlei' cheibe, zu beac ten. In vielen Einsatzfällen
der Werkzeugmaschinen ν ird dem Ausstoß erhöhte
ίο 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 /u erhöhen, wobei jedoch die
■>'> anderen Parameter von Werkstück b/w. Werkzeug,
insbesondere die Genauigkeit des Fertigmaßes am Werkstück, annehmbare Werte aufweisen sollen
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im
Kenn/eichendes Anspruchs I gelost.
w» 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 Fcrtigma*
fii ßes braucht also nur noch das fertig bearbeitete
Werkstück aus der Werkzeugmaschine entfernt zu werden, Die durch das Entfernen des Meßkopfcs erst
nach Erreichen des Fertigmaöcs bei der bekannten
Steuervorrichtung hervorgerufene Totzeit kommt somit in Fortfall, so daß durch die Erfindung eine erhöhte
Produktionsleistung ermöglicht ist
Die Werte der anderen vorstehend erwähnten Parameter werden innerhalb annehmbarer Grenzen s
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 erziel? werden kann. Auch die Gefahr, κι 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, r.
die in der Regel aus demselben Grundmaterial stammen und vor dem Bearbeitungsgang denselben Bearbeitungs-
und/oder Behandlungsschritten unterworfen sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bestimmt >o
die Programmsteuerung vor dem Zurückziehen des Meßkopfes die Zeitfunktion des gemessenen Aufmaßes
und extrapoliert diese Zeitfunktion nach Zurückziehen des rvießkopfes ausgehend vom zuletzt gemessenen
Aufmaß bis zum Erreichen des Fertigmaßts. .'"■
Bei diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes durch den Meßkopf bestimmt die Programmsteuerung die
Zeitfunktion, indem sie vor Zurückziehen des Meßkopfes wenigstens zwei von dem Meßkopf abgegebene
Meßsignale verarbeitet in
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. η
Ein besonders einfaches Steuerverhallen erhält man, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
das Ausgangssignal der Programmsteuerung eine lineare Funktion der Zeit ist.
V/eitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung sind in den
restlichen Unteransprüchen enthalten.
Die e.iindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist in
ihren möglichen Ausführungsformen insbesondere für den Einsatz an Einstechschleifmaschiner. mit kontinuier·
licher >der diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes oder fi r Pendelschleifmaschinen geeignet.
Die Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung
erläutert. Es zeigt V)
Fig. 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. 5 ein dem in der F i g. I gezeigten vergleichbares v>
Diagramm mit diskontinuierlicher Messung des Aufmaßes und
F i g. 4 ein Diagramm des Aufmaßes in Funktion von
der Bearbeitungs/eit beim Pendelschleifen.
Die Fig. 1 zeigt den Graphen 11 des kontinuierlich m>
gemessenen Atifmaßes .S'als Funktion der Bearbeuungszeii
/ in einem rechtwinkligen Koordinatensystem für den Fall des Einstechschleifen*; der Graph Il fällt mit
zunehmender Zeit I stelig ab, bis er die Abszisse des
Koordinatensystems schneidet. Dann ist das Aufmaß <
>5 5=0 und das zu bearbeitende Werkstück wcisl sein
Ferligmaß auf, so daß die Schleifscheibe vom Werkstück entfernt Werden muß, wenn das Ferligmaß nicht
unterschritten werben soll, und das Werkstück sus der
Maschine ausgestoßen werden kann.
Um den Meßkopf 16 (vgl. Fig.2), mit dem die
Abweichung des Aufmaßes vom FertigmaQ während des Bearbeitungsvorganges kontinuierlich gemessen
wird, schon vor dem Erreichen des Fertigmaßes S=Q vom Werkstück entfernen zu können, wird beim
Erreichen eines vorgegebenen Wertes ϋΊ des Aufmaßes
S zum Zeitpunkt t\ von einer dem Meßkopf nachgeschalteten Schaltung ein zum Entfernen des Meßkopfes
16 führendes Signal erzeugt. Danach wird die Funktion S=S(t) mit der bei S\=S(t\) vorhandenen Steigung in
Richtung zunehmender Zeit als Geradenabschnitt 31 extrapoliert, welcher Abschnitt die Abszisse /um
Zeitpunkt r>beiS=Qschneidet.
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 Y ι g. 2 durch die mit /Cv1 bezeichnete d jeweils mit e.neni
Eingang der Torschaltung JS bzw. u*-s Vergleichen 19
verbundene Klemme dargestellt ist, wird den beiden genannten Schaltkreisen ein dem Aufmaß St entsprechendes
Signal zugeführt. Die nicht gezeigte Schaltung zum Erzeugen dieses Signais soll eine Veränderung des
Signalpegels ermöglirhen. Der Ausgang des Verglei
chers 19, an dem bei Übereinstimmung der Eingangssi gnale ein Signal ansteht, ist einerseits mit dem
Steuereingang der Torschaltung 18 ;nd 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 Differenzicers entspricht dem Momentanwert Ki
des Abschliffe?., d. h. der Zerspannungsgeschwindigkeit.
Dem Schalter 22 ist ein Speicher Z3 nachgeschaltet.
Der Ausgang des Speichers 23 ist mit einem Signalgenerator 24 verbunden, der beirr Ai1Hr ?ten 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 Signalger erators 24 ist mit dem negativen
Eingang einer Differ nzeinheit 26 vertunaen. den-n
positiver Eingang mit aem Ausgang der Torschaltung 18 verbunden ist. Das am Ausgang der Differenzeinheit 26
anstehende und der Differenz der beiden Eingangssignale entsprechende Signal wird auf ein An/eigeinstrument
27 und eine den Bearbeitungszyklus der Werkzeugmaschine steuernde Schaltung 28 gegeben.
Die .Schallung arbeitet auf folgende Weise:
\n die Klemme Ks1 wird ein dem Aufmaß Si
entsprechendes Signal angelegt. Am Ausgang des Verstärkers 17 lieht ein dem gemessenen Aufmaß .S
entsprechendes Signal an. Solange S' größer als S', ist.
steht .im Ausgang der Torschaltung 18 das Signal S' und
am hingang des Signalgcneralors 24 das Signal 0 an; >!er
Signalgeneratc ν er/eugl somit ebenfalls ein Ausgangs
signal 0. so daß am Ausgang der Oifferen/einheit 26
ebenfalls das Signal Sauftritt.
Wenn zum Zeitpunkt fi das Aufmaß 5 gleich dem
Vorgegebenen Aufmaß Si ist, tritt am Ausgang des
Vergleichers 19 ein Ausgangssignal auf, das eine Entfernung des fvießkdpfes 16 vom Werkstück fort
bewirkt. Das Ausgangssignal des Vergleichen 19 beeinflußt die Torschaltung 18 derart, daß an ihrem
Ausgang das zeitabhängige Signal S abfällt und dafür das an ihrem Eingang anstehende zeilunabhängige
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 VA,- VA(t,) zugeführt und in
ihm gespeichert werden.
Vom Augenblick fi an, wird dem negativen Eingang
der Differenzeinheit 26 ein dem Produkt V,\, ■ t
entsprechendes Signal zugeführt, so daß in der Differenzeinheit 26 das Signal Si — Va1 - t gebildet wird.
Dieses Differenzsignal geht linear auf Null, da Si ein konstanter Wert ist und V,\, · l mit der Zeit linear
anwächst. Beim Erreichen des Nullwertes wird der Bearbeitungsvorgang beendet, und das Werkstück kann
si'js der Maschine entfsrnt wsrdsn, ehrte dsß 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 Fig. 1 dargestellt ist. Damit ist der
Fehler, der bei einer linearen (tangentiellen) Extrapolation über den Punkt Si=S(7i) hinaus auftritt, praktisch
vernachlässigbar. St 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 Fig. 3 zeigt den Graphen 12 des Aufmaßes 5als
Funktion der Bearbeitungszeit / 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 kariri also
unter Umständen das vorgegebene Aufmaß Si nicht mit einem Meßpunkt zusammenfallen, sondern wie in der
F i g. 3 dargestellt ist, zwischen zwei Meßpunkten A und B liegen. Wird dann zum Zeitpunkt h das Aufmaß B
gemessen, das unterhalb des vorgegebenen Aufmaßes Si liegt, wird in der Steuerschaltung ein Signal erzeugt,
das zum Entfernen des Meßkopfes vom Werkstück führt. Die Programmschallung ist dann so auszulegen,
daß jeweils mindestens zwei aufeinanderfolgende Meßpunkte gespeichert werden, so daß, wenn einer von
ihnen unterhalb des vorgegebenen Aufmaßes Si liegt, aus den beiden gespeicherten Aufmaßwerlen eine
Gerade berechnet werden kann, die der Extrapolation des Graphen 12, ausgehend von dem zuletzt gemessenen
Aufmaß B, in einem geraden Abschnitt 32 dient, der die Abszisse im Zeitpunkt I— /2, also beim Erreichen des
Fertigmaßes schneidet. Die Diskontinuilät in der
periodisches Entfernen des Meßkopfes vom Werkstück hervorgerufen werden.
Die Fig. 4 zeigt den Graphen 14 des kontinuierlich
gemessenen Aufmaßes SaIs Funktion der Bearbeitungszeit t beim Pendelschleifen. Auch hier liegt das
vorgegebene Aufmaß Si mit großer Wahrscheinlichkeil
zwischen den gemessenen Werten A und ß.so daß auch hier die Bestimmung einer durch die beiden zuletzt
gemessenen Aufmaße durchgehenden Geraden zur Extrapolation des Graphen 14, ausgehend vom Aufmaß
B, angezeigt ist.
Bei allen Arbeitsweisen kann durch das vorzeitige Entfernen des Meßkopfcs vor Beendigung des Bearbeitungsvorganges
die für die Bearbeitung erforderliche Zeit erniedrigt und damit die Produktivität erhöhl
y, werden, ohne daß das Fertigmaß des Werkstückes einen
nicht akzeptierbaren Fehler aufweist. Der Zeitgewinn liegt bei mindestens 10 bis 15 Prozent der Dauer des
Bearbeitungs Vorganges.
Hicr/u 2 Blatt Zeichnungc η
Claims (7)
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 Aufmaßej (Sjgrößer als das Fertigmaß (S=O) einleitet und daß
nach Zurückziehen des Meßkopfes die Endbearbeitung des Werkstücks in Abhängigkeit vom zuletzt
gemessenen Werkstückmaß nach Maßgabe einer in der Steuerschaltung vorgesehenen Programmsteuerung
{2 f—24,26) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuerung (21—24, 26)
vor dem Zurückziehen des Meßkopfes (16) die Zeitfi'nktion des gemessenen Aufmaßes (S) bestimmt
und diese Zeitfunktion nach Zurückziehen des Meßkopfes (16) ausgehend vom zuletzt gemessenen
Aufmaß bis zum Erreichen des Fertigmaßes (S=O) extrapoliert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
daß bei diskontinuierlicher Messung des AufmaL'ies (S) durch den Meßkopf (16) die Programmsteuerung
die Zestfunktion bestimmt, indem sie vor Zurückzieheiides 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 Aulmaßes durch den Meßkopf die Programmsteuerung (21—24, 26) einen Differenzierer (21) für
die Bestimmung der zeitlichen Ableitung (K4,) des
Meßsignals (S) zum Zeitpunkt des Zurückziehens des Metlkopfes (16) einschließt.
5. Vo richtung 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 eme
zwischen Maschinensteuereinheit (28) und Meßkopf (16) geschaltete erste Schalictnheit (18) aufweist, der
das gemessene Aufmaß (S) und ein dem vorgegebenen Aufmaß (S',) entsprechendes Bezugssignal
zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal eines Vergleichen (19) die Schalleinheit (18) dcrjrt
schallet, daß bei Erreichen des vorgegebenen Aufmaß« (Si) die Maschinensteuereinheit (28) von
dem Me Jkopf (16) abgetrennt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
Zeichnet, daU die Programmsteuerung eine mit dem Vergleichcr (19) verbundene zweite Schalteinheit
(22) aufweist, die zwischen den Differenzicrcr (21) und einen Speicher (23) geschaltet ist derart, daß bei
Erreichen des vorgegebenen Bezugssignals (Si)
durch das Meßsignal des Aufmaßrs das Ausgangssignal
des Differenzierers (21) in dem Speicher (23) gespeichert wird, daß dem Speicher (23) ein
Signalgenerator (24) for die Erzeugung eines mit der Zeit anwachsenden Signals nachgeschaltet ist,
welches dem Produkt aus dem beim Durchschalten der zweiten Schalteinheit (22) anliegenden Ausgangssignal
(V,\\) des Differenzierers (21) und der seit dem Durchschaltzeitpunkt verstrichenen Zeit
entspricht, und daß dem über die Zeit integrierenden 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^1 % t) des Signalgenerators (24)
das für die Endbearbeitung des Werkstückes erforderliche Steuersignal (Si — V.\] χ t) ableitet und
an die Maschinensteuereinheit (28) anlegt.
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