DE2322645A1 - Handsteueranlage fuer numerisch gesteuerte maschinen - Google Patents

Description

DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER mdnchen

DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING BERLIN

I MA11973

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den HERBERTSTRASSE 22

TiE BLOND, Incorporated, Cincinnati, Ohio, USA.
Handsteueranlage für numerisch gesteuerte Maschinen SR 25690

Die Erfindung bezieht sieh auf eine automatisch gesteuerte
Einrichtung im allgemeinen und auf numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen im besonderen.

Numerisch gesteuerte Maschinen werden aus einem Programm heraus gewöhnlich in der Form eines Bandes oder einer programmierten Karte geregelt. Zusätzlich zur programmierten Quelle einer
Maschinensteuerung besitzen die meisten numerisch gesteuerten Maschinen auch eine Handdateneingabe, wobei die programmierte Information an die Maschine für einen einzigen Arbeitsvorgang oder zum Einschalten der Maschine geliefert wird. Der Eingang der Daten durch die Handdateneingabe macht es notwendig, dass an die Maschine die Information über das numerische Steuergerät geliefert wird, was es wiederum notwendig macht, dass
die die Information in das Steuergerät gebende Person ein
Programmierer ist. Dies heisst, dass die Bedienungsperson für die Maschine durch einen einzigen Vorgang ohne Programmieren
eines Bandes oder einer Karte die Handdateneingabe zum Steuergerät in derselben Form und in derselben Reihenfolge bedienen muss, wie sie an das Gerät durch ein Band gegeben wird, und
folglich muss die Bedienungsperson alle Erfahrungen eines
Maschinenprogrammierers besitzen. Leider besitzen die meisten

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Maschinenbediener. keine Erogrammiererfahrung und können deshalb numerisch gesteuerte Maschinen nicht bedienen, ausgenommen über einen programmierten Antrieb. Es ist aber oft notwendig, eine numerisch gesteuerte Maschine über einen einzigen Vorgang zu betreiben, beispielsweise wenn man während des Einschaltens einer Maschine zum Vorbereiten des Ablaufs der Maschine unter Steuerung eines programmierten Bandes bzw. einer Karte die Backen eines Spannfutters betätigen möchte.

Jetzt besitzen viele numerisch gesteuerte Maschinen ausser der Handdateneingabesteuerung handbetätigte Maschinismen zum Einstellen eines Schlittens der Maschine während des Einschaltens. Sehr oft enthält die Handeinstellung einen mit einer Einstellscheibe betätigten Differentialresalver in der Einstellrückkopplungsschleife des Schlittensteuerservosystems. Beim Drehen der Wählscheibe durch Hand bewirkt dies eine entsprechende Verschiebung des Schlittens. Das Drehen der unterteilten Scheibe durch Hand bewirkt eine Schlittenbewegung bei fast genau derselben Geschwindigkeit wie die, mit der die Scheibe gedreht wird. Folglich ist es unpraktisch, sie zum Steuern der Schlittenbewegungsgeschwindigkeit oder bei Merkzeugmaschinen zum Steuern der Maschinenzufuhr ge schwind igkeiten zu verwenden. Auch Maschinen, die mit einer Hilfseinstelleingabe unabhängig von dem programmierten Steuergerät ausgerüstet sind, erfordern somit noch eine Handdateneingabe am Steuergerät, wenn die Maschine an einem einzigen Maschinenumlauf betrieben wird oder wenn der Schlitten bei einer geregelten Geschwindigkeit bewegt werden soll.

Ein handbetätigter Überholmechanismus für eine solche Maschine gemäss der Erfindung enthält somit eine Hiißquelle für Lagerregelsignale mit einem Antrieb mit veränderbarer Geschwindigkeit,

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Die Erfindung betrifft eine handbetätigte Steuerung eines Maschinenschlittens an einer numerisch gesteuerten Haschine, die nicht nur die !lageeinstellung sondern auch die Bewegungsgeschwindigkeit oder Zuführgeschwindigkeit völlig unabhängig von dem Steuergerät regelt. Die Steueranlage nach der Erfindung ermöglicht es, dass die Bedienungsperson eine Schlittenbewegung bei einer Führungsgeschwindigkeit bewirkt, die durch einen geeichten Handsteuerknopf an der Haschine einstellbar ist. Dadurch kann die Bedienungsperson die Haschine in genau derselben Meise betreiben, wie wenn die Haschine kein numerisches Steuergerät hätte. Folglich kann eine Bedienungsperson, die absolut nichts von der Erogrammierung der Haschine weiss, die aber gelernt hat, wie eine ähnliche Haschine durch Hand betrieben wird, eine numerisch gesteuerte Haschine betätigen, die nach der Erfindung ausgerüstet ist.

Ein bevorzugtes JLusfuhrungsbeispiel der Erfindung enthält einen durch Hand betätigbaren Differentialresolver, der sich in der Lagerückkopllungsschleife der Maschinensteuerservoanlage befindet, und einen Hotor mit veränderbarer Geschwindigkeit zum Antrieb des Differentialresdsrers. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich dieser Motor in einer Servoschleife, die ein Tachometer und ein durch Hand betätigbares Geschwindigkeitssteuerpo^tentiometer enthält, so dass die Geschwindigkeit, bei der der Hotor den Differentialresolver betreibt, sehr genau eingestellt werden kann.

Ausser dieser billigen Handführungsgeschwindigkeitssteuerung kann eine Bedienungsperson, die eine ähnliche Haschine onus numerische Steuerung betätigen kann, diese numerisch gesteuerte Haschine bedienen. Folglich ist eine numerisch gesteuerte Haschine mit dieser manuellen Steuerung von Lage- und Führungsgeschwindigkeit sowohl als handgesteuerte Haschine als auch als numerisch gesteuerte Haschine von Nutzen und kann leicht

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und schnell zwischen diesen beiden Betriebsarten umgeschaltet werden.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In den 'Zeichnungen ist : Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Drehbank mit dem Merkmal der Erfindung; und

Figur 2 ein Blockdiagramm der elektrischen Steueranlage für die Drehbank nach Figufc 1.

Figur 1 zeigt eine Maschine 10 mit dem Merkmal der Erfindung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Maschine eine Drehbank, obwohl die Erfindung bei jeder.programmierbaren Maschine angewendet werden kann. Sie ist aber besonders für Metall schneidende oder, formende Maschinen gedacht. Die Drehbank 10 enthält einen Spindelstock 11 mit einem (nicht dargestelltem)Futter das an der Spindel befestigt ist·, um ein Werkstück zu halten und zu drehen. Die Drehbank enthält ferner einen in Längsrichtung bewegbaren Support 12, der einen Schlitten 13 hält und führt, der zum und von dem Werkstück bewegt werden kann. Der Schlitten 13 trägt wiederum ein Werkzeug, das der Längsbewegung des Supports 12 und der Querbewegung des Schlittens 13 folgt. Diese Richtungen sind als Z- bzw. X-Richtung bezeichnet. Die Bewegung entlang der Z-Achse ergibt sich aus.der- Drehung der Supportführungsspindel 14 (Figur 2), während die Bewegung an der X-Achse sich durch Drehen einer Querführungsspindel 15 ergibt. Die Führungsspindel 14 wird von einem Motor 16 und die Querspindel von einem zweiten Motor 17 angetrieben.

Figur 2 zeigt als Blockdiagramm die Steueranlage für die Drehbank 10. Die Steueranlage ist in die beiden Abschnitte 44 und

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45 unterteilt, von denen einer der Steuerung der X-Achse und der andere der Steuerung der Z-Achse dient. Da die beiden Steuerungen identisch sind, wird nur eine und zwar die für die Steuerung der X-Achse im einzelnen beschrieben, ausgenommen wo der Übersichtlichkeit halber die Einrichtung für beide Koordinaten beschrieben werden muss. Zur Identifizierung ist die Steuereinrichtung für die Z-Achse mit derselben numerischen Ausführung verseuen worden, wie die entsprechende Ausrüstung für die X-Achsensteuerung durch eine Zahl gegeben ist, der eine Markierung folgt.

Im wesentlichen enthält die Steuermotoranlage für die X-Achse eine Servo-Schleife zum Regeln sowohl der Lage als auch der Geschwindigkeit der Drehung der Spindel I5. Ein Steuersignal für Lage und Geschwindigkeit wird von einem numerischen Steuerungsgerät 20 geliefert. Geeignete Steuergeräte sind für das Arbeiten mit dieser Schaltung im Handel erhältlich. Ein solches Gerät wird z.B. in der amerikanischen Patentschrift 3»173»001 beschrieben. Dieses Steuersignal gelangt an einen Lagesummienierungspunkt oder an eine Vergleichseinrichtung 21_t aus der ein Fehlersignal E an einen Lageeinstellverstärker 22 gegeben wird, der sich an einer Leitung 23 befindet. Der Ausgang des Verstärkers 22 wird dann über einen Geschwindigkeitssummierungspunkt oder eine Geschwindigkeitsvergleichseinrichtung 24 und einen Geschwindigkeitsverstärker 25 an den Hauptservomotor gegeben. Dieser Motor ist mechanisch mit einem elektrischen Resolver 26 und einem Tachometer 27 verbunden. Der Resolver liegt über einer Leitung 28 in einer Primärrückkopplungsschleife am Summierungspunktvergleicher 21, so dass das Fehlersignal an der Leitung 23 die Differenz zwischen dem Steuerbezugseignal C an der Leitung 29 und dem Primärrückkopplungssignal an der Leitung 28 ist« Das Tachometer zeigt auch ein Ansteigen zum Rückkopplungssignal an der Leitung 30 zur Summierungsvergleiche-

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einrichtung 24- der Geschwindigkeitsschleife, so dass das Geschwindigkeitssignal aus der Vergleichseinrichtung 24 die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit darstellt. Sowohl die Geschwindigkeitsschleife als auch die Lageeinstellschleife sind bei Motorsteuerschaltungen üblich, und beide werden i& der erwähnten Patentschrift beschrieben.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ergänzungssteueranlage, mit der der Servomotor 17 auch von Hand durch die Lageeinstellscheiben 31 und 31'» eine Geschwindigkeitseinstellscheibe 39 und SchaltSteuerungen 18 auf der Schaltplatte 19 der Maschine unabhängig vom numerischen Steuergerät 20 geregelt werden kann. Der Rotor des Differentialrescösrers 32' ist mechanisch mit der Lageeinstellscheibe 31 an der Schaltplatte 19 der Drehbank 10 so verbunden, dass bei Drehung der Scheibe der Rotor des Differentialresolvers 32 gedreht und dadurch eine Hilfseingabe an der Leitung 32 a zum Resolver 26 und danach an dem Summierungspunkt oder an der Vergleichseinrichtung 21 der Lageeinstellschleife bewirkt wird. Folglich kann eine· Drehung der geeichten Lageeinstellscheibe 3I durch Hand zum Verschieben des Servomotors 17 und der entsprechenden linearen Bewegung des Schlittens 13 dienen. Im allgemeinen dient die Scheibe 31 beim Einschalten der Maschine zum Einstellen des Schlittens 13 und zur Nulleinstellung beim Vorbereiten der Auslösung eines numerisch gesteuerten Maschinenumlaufs. Diese manuelle Eingabe an die Maschine durch die Scheibe 31 dient zum Einstellen des Schlittens bei der Vorbereitung eines Schneidvorganges, ist aber ungeeignet, wenn das Schneiden wegen der Geschwindigkeit der Scheibendrehung die Geschwindigkeit oder die Schlittenbewegung bestimmt. Es ist fast unmöglich, die Scheibe 31 bei einer Geschwindigkeit zu drehen, die für ein Führen eines Schneidwerkzeuges an ein Werkstück geeignet ist.

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Zum Regeln der Geschwindigkeit der Schlittenbewegung und dadurch zur Handregelung auf der Schaltplatte 19 der Maschine zum Regeln sowohl der Führungsgeschwindigkeit als auch zur Lageeinstellung ist ein Antriebsmotor 34 mit veränderbarer Geschwindigkeit kraftschlüssig mit dem Differentialresolver 32 und mechanisch mit der geeichten Scheibe y\ verbunden. Dieser Motor kann zum Antrieb des Rotors des Differentialresolvers 32 und somit für eine Schlittenbewegung bei einer gewählten Geschwindigkeit betrieben werden. Zur genauen Regelung der Geschwindigkeit ist der Antriebsmotor 34 in eine Servoschleife geschaltet, die ein Tachometer 35 zusammen mit einem Geschwindigkeitspotentiometer 37 enthält. Das Tachometer 35 liegt mechanisch an der Antriebswelle des Motors 34- und kann zum Liefern eines Rückkopp lungs signals über die Leitung 38, über einen Vierwegeschalter'43 und über die Leitung 46 an die Vergleichseinrichtung 36 dienen. An die Vergleichseinrichtung 36 wird vom Geschwindigkeitsregelpotentiometer 37 ein Steuersignal geliefert. Das Einstellen des Potentiometers wird von einer Einstellscheibe 39 geregelt, die sich auf der Schaltplatte der Maschine befindet. Die Vergleichseinrichtung 36 liefert ein Ausgangsfehlersignal auf der Leitung 40 an einen Geschwindigkeitsverstärker 41, dessen Ausgang dann zum Antrieb entweder des Motors 34 oder des Motors 34¹ je nach der Einstellung des Kippschalters 43 bei der Geschwindigkeit der Scheibe dient. Die Geschwindigkeitseinstellpotentiometerscheibe 39 kann entweder in Millimeter pro Sekunde und Millimeter pro Umdrehung der Werkzeugspindel je nach der Anwendung der Anlage geeicht sein.

Ausser den Lageeinstellscheiben 3I und 31· und der Geschwindigkeitseinstellscheibe 39 an der Schaltplatte der Maschine

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gibt es:einen Auswahlschalter 42 zum Einstellen von Handoder automatischer,programmierter Steuerung und eine Vier-Stellungsachsen- und Richtungssteuerung des Vierwegekippschalters. Der Schalter 42 hält das Steuersignal G an der Leitung .29 oder "friert es dort ein", so dass das einzige aktive Lageeinstellsignal dasjenige ist, das von dem Differentialresolver 32 abgeleitet wird. Der Vierwegeschalter 43 kann die Achse X oder Z an der Schaltplatte wie auch die Richtung auswählen, in der der Schlitten sich an der Achse bewegt, wenn er sich unter der Steuerung der Geschwindigkeitseinstellscheibe 39 befindet.

Der Antriebsmotor 42 zum Drehen des Rotors des Differentialresolvers 32 und die Geschwindigkeits- und Lageeinstellsteuerung an der Maschine können die Maschine in genau derselben Weise wie Drehbänke oder andere Werkzeugmaschinen betätigen, die keine numerische Steuerung besitzen. Folglich kann die Bedienungsperson mit der Hand-Hilfssteuerung nach der Erfindung das numerische Steuergerät 20 abschalten und die Maschine für Handbetrieb einrichten und die Maschine irf genau derselben Weise betreiben, wie ähnliche, nichtnumerisch gesteuerte Maschinen immer gesteuert worden sind. Folglich kann ein alter Maschinist, der sich Änderungen widersetzt, nun diese numerisch gesteuerte Maschine bedienen, ohne das Geringste von der Maschinenprogrammierung zu wissen.

Der wichtigste Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, dass sie" eine Drehbank oder eine Werkzeugmaschine entweder in Handbetrieb oder in numerischer Steuerung verwenden lässt. Demnach arbeitet die jeweilige Maschine sowohl als solche zum Bearbeiten einzelner Werkstücke oder numerisch gesteuert zum Bearbeiten von Teilen gemäss einem gegebenen Programm·

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Hilfssteuermechanismus für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch eine Hilfsquelle für Einstellsteuersignale mit einem Antrieb mit veränderbarer Geschwindigkeit.

   Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle der Lageeiristellsignale einen Differentialresolver (32) enthält, der zimVerbinden mit einem Resolver (26) in der Rückkopplungsschleife der Werkzeugmaschine (10) dient und eine Handsteuerung (31, 31') zum Einstellen der Ausgangsstellung des Werkzeugs besitzt und bei der der Antrieb mit veränderbarer Geschwindigkeit einen handbetätigten Geschwindigkeitsregler (39) besitzt.

   Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialresolver (32) elektrisch mit ftinem Resolver (26) in der Steuerrückkopplungsschleife der numerischen Steueranlage verbunden ist.

   Mechanismus nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialresolver (32) einen Stator und einen Rotor enthält und der Rotor mechanisch mit einer von Hand drehbaren Lageeinstellscheibe (31) verbunden ist.

   Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (34) mit veränderbarer Geschwindigkeit über eine geschlossene Servoschleife angeschlossen ist.

   Mechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Servoschleife ein Tachometer (27) enthält, das mechanisch mit dem Motor (3^) mit veränderbarer

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   Geschwindigkeit, mit einer Quelle für Geschwindigkeitssteuersignale und mit einer Vergleichseinrichtung (36) zum Erzeugen eines Fehlsignals verbunden ist, das die Differenz zwischen den Geschwindigkeitssteuersignalen und der tatsächlichen'Geschwindigkeit des Motors (34), gemessen ,am Tachometer, darstellt.

   Mechanismus nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch unabhängig bewegbare Schlitten (13) und einen mechanischen Überholmechanismus zum Steuern jedes Schlittens,

   ι Mechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlitten (13) einen Steuermechanismus mit einem Differentialresolver (32) mit einem Antrieb mit veränderbarer Geschwindigkeit besitzt und dass ein normaler^Geschwindigkeit sregler selektiv mit jedem Antrieb (34/) ist. " .·■' ,

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