DE2328582A1 - Vorrichtung zur steuerung der annaeherungsgeschwindigkeit eines werkzeuges einer werkzeugmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung der annaeherungsgeschwindigkeit eines werkzeuges einer werkzeugmaschine

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DE2328582A1
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Description

Vorrichtung zur Steuerung der Annäherungsgeschwindigkeit eines V/erkzeuges einer Werkzeugmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der hohen Annäherungsgeschwindigkeit des Werkzeuges einer Werkzeugmaschine an das zu bearbeitende Werkstück heran, insbesondere einer Schleifmaschine, welche Werkzeugmaschine eine Einrichtung zur Bestimmung der Größenänderung des Werkstückes in Abhängigkeit von der Zeit aufweist.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken,z.B. in Schleifmaschinen, wird die Schleifscheibe üblicherweise Piit einer schnellen Bewegung an das Werkstück herangeführt, ehe Material in gewünschter Weise von dein Werkstück abgetragen wird; hierbei ist die Ännäherungsgeschwin digkeit wesentlich größer als die Zustellgeschwindigkeit des Werkzeuges während des Materialabtrags. Das Werkzeug wird mit der hö-
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heren Geschwindigkeit angenähert, un die Dauer des !iaschinenzyklus su verkürzen, wodurch eine Erhöhung eier Produktivität der Werkzeugmaschine erreicht wird. Zur Qptiiualisierung des riaschinenzyk-lus wäre es wünschenswert, daß der übergang von der schnellen Γ_η-näherungsbewegung zur Zustellbewegung in dem Äugenblick durchgeführt viird, in dem das Werkzeug (vorzugsweise Schleifscheibe) in Berührung mit dem Werkstück gelangt. Das Erreichen dieses Zieles wird aber dadurch behindert, daß zu Anfang des Maschinenzyklus der Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Oberfläche der Schleifscheibe verschieden groß sein kann, weil z.B. eine Änderung des Werkzeugdurchmessers vorliegt oder die verschiedenen Werkstücke unterschiedliches Obermaß aufweisen.
Bei einigen bekannten Anordnungen erfolgt die Geschwindigkeitskommutation aufgrund der von dem Motor aufgenommenen Leistung, welcher den Werkzeugkopf bewegt. Wenn durch eine geeignete Meßeinrichtung ein Anstieg in der Leistungsaufnahme erfaßt wird, die über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, erfolgt die Kommutation. Solche Anordnungen weisen aber einige Nachteile auf, die ihren Anwendungsbereich beschränken; auch können bei ihnen fehlerbehaftete Werkstücke ausgestoßen werden.
Ein erster Nachteil ist dadurch begründet, daß die Antriebsmotoren im allgemeinen mit der Netzfrequenz gespeist werden. Da die aufgenommene Leistung durch Untersuchung der elektrischen Größen des Motors bestimmt wird, ist es klar, daß für die Ableitung von signifikanten Informationen aus den niederfrequenten elektrischen Sig
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nalen ein.gewisses Zeitintervall erforderlich ist, welches hinsichtlich der praktischen Erfordernisse manchmal eine recht große Zeitdauer aufweist. Daher erfolgt .die Kommutation der Geschwindigkeiten mit einer zu großen Verzögerung nach dem Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. ■
Eine weitere Verzögerung wird dadurch hervorgerufen, daß die Leistungsauf nähme nicht sofort nach der Berührung ansteigt, sondern erst dann, wenn der Kontaktdruck zwischen dem Werkzeug (Schleifscheibe) und dem Werkstück recht hohe Werte erreicht hat und das Werkstück Biegungen und Spannungen ausgesetzt worden ist. Diese Biegungen und Spannungen können in den folgenden Phasen des Metschinenzyklus nicht immer abgebaut und korrigiert werden. Daher erhält das Werkzeug eine ungleichmäßige Formgebung und die Ausbildung der Oberfläche läßt zu wünschen übrig.
Wenn das Übermaß des- Werkstückes vor dem Schleifen relativ gering ist/ kann der Fall eintreten, daß während des gesamten Arbeitsganges die Schleifscheibe mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die der Annäherungsgeschwindigkeit an das Werkstück heran entspricht.
Bei anderen bekannten Anordnungen erfolgt die Geschwindigkeitskommutation aufgrund des Vergleiches der Ausgangssignale zweier Heßköpfe, von denen der eine die Werkstückgröße und der andere
" Schleif-die Verschiebung des^kopfes erfaßt. Auch diesen Anordnungen
ist eine Reihe von Nachteilen eigen. Der erste und Hauptnachteil
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ist darin zu sehen, daß die Abnutzung der Schleifscheibe aus Meßkopfsignalen nicht genau berechnet werden ■ kann, um den Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Oberfläche der Schleifscheibe zu bestimmen. In der Tat'können die Meßsignale direkt nur eine'Information über den Abstand zwischen der Werkstück-
Schleifoberfläche und dem! ^kopf geben. Weiterhin führt die Verwendung von zwei Meßköpfen zu einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten und die Anordnung macht einen zeitraubenden und schwierigen Aufbau erforderlich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art zu schaffen, die sofort anspricht, höchst verläßlich und billig ist,- und die eine Verkürzung der Maschinenzyklusdauer ermöglicht, ohne daß darunter die Qualität der Oberflächenbearbeitung des Werkstückes leidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Werkzeugmaschine einen von der Einrichtung angesteuerten Kommutierkreis aufweist, der den übergang von der hohen Annäherungsgeschwindigkeit auf die Zustellgeschwindigkeit steuert.
Vorzugsweise ist zwischen die Einrichtung und den Kommutierkreis ein Schwellenkreis '■ geschaltet.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Einrichtung eine Zeitgeberanordnung zur Steuerung der Triggerung der Einrichtung zugeordnet ist.
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!Durch die Zeitgeberanordnung kann eine Verzögerung der Erregung •der Einrichtung zur Bestimmung der Größenänderung des Werkstückes in Abhängigkeit von der Zeit ermöglicht werden, so daß die möglicherweise beim Aufsetzen der Einrichtung auf dem Werkstück aufitretenden Schwingungen unberücksichtigt bleiben.
JDie Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen in einer
JAusführungsform näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine ins Detail gehende Darstellung eines Teiles des Blockschaltbildes und
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der in de: Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
In der Fig. 1 ist das Werkstück 1 in Berührung mit der Schleifscheibe 2 dargestellt. Die Meßfühler 4 eines Meßkopfes 3 sind in Berührung mit dem Werkstück 1 gebracht und werden während der Bearbeitung des Werkstückes in Berührung mit demselben gehalten.
Das Ausgangssignal des Meßkopfes 3 wird auf zwei Klemmen 5 und 6 ■gegeben. Die Klemme 5 ist die Eingangsklemme eines Schwellenkrei-,ses 7. Auf die andere Eingangsklemme 8 des Schwellenkreises 7 'wird ein den Schwellenwert bestimmendes Signal"gegeben.
Der Ausgang des Schwellenkreises 7 ist über einen Verzögerungskreis!
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9 mit einer Einrichtung Io zur Bestimmung der Größenänderung des Werkstückes 1 in Abhängigkeit von der Seit verbunden. Die Einrieb tung gibt daher ein dem tatsächlichen Wert der Materialabtragsgeschwindigkeit entsprechendes Signal ab.
Die Einrichtung Io besteht aus einem Steuerkreis Hund einem Signalverarbeitungskreis 12, der von dem Steuerkreis 11 angesteuert wird. Die Klemme 6 ist die Eingangsklemme des Signalverarbeitungs kreises 12, der die '.laterialabtragsgeschwindigkeit berechnet. Der Signalverarbeitungskreis 12 kann ein Differenzierkreis von bekannter Bauart sein, während der Steuerkreis 11 ein Torkreis oder ein Zeitgeber von ebenfalls bekannter Bauart sein kann.
Der Ausgang des Signalverarbeitungskreises 12 ist mit einem weiteren Schwellenkreis 13 verbunden, der seinerseits mit einem Kommutierkreis 15 verbunden ist. Der Kommutierkreis 15 steuert den Zustellmotor des Scheibenkopfes; in der Fig. 1 sind 'weder dor Su-stellmotor noch der Scheibenkopf dargestellt.
Der Schwellenkreis 7 und der Verzcgerungskrsis 9 können z.T. den in der Fig. 2 gezeigten Aufbau aufweisen. Dia Lingangsklero::u_ 5, der gemäß Fig. 1 das Ausgangssignal des 'leßkopfes 3 zugeführt wird und die Eingangsklemrne 8, der über ein Potentiometer If eine Bezugsspannung zugeführt wird, sind mit Hilfe zweier riderstände 17 bzw.. IS mit dem- positiven bzw. negativen Eingang aines Rechenverstärkers 19 verbunden. Der Rechenvers tarier 19 wire, üb^ Spannungsversorgungskleniraen ndt den Spannungan +V bzw. -V vor
sorgt.
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Dem Ausgang des Rechenverstärkers ist ein Widerstand 2o nachgeschaltet. Das nicht mit dem Rechenverstärker 19 verbundene Ende des Widerstandes 2o ist über einen Widerstand 21 mit der positiven Eingangskleiflme des Rechenverstärkers 19 verbunden, um eine Mitkopplung aufzubauen.
Der Verbjndungspunkt der Widerstände 2o und 21 ist einerseits über eine Begrenzerdiode 24 mit Masse und andererseits mit einem Widerstand 22 verbunden, der zusammen mit einem gemäß Fig. 2 geschalteten Kondensator einen den Verzögerungskreis 9 gemäß Fig.l darstellenden Integrierkreis aufbaut.
Der Schwellenkreis 13 kann im wesentlichen in derselben Weise aufgebaut sein wie der in der Fig. 2 dargestellte Kreis 7..
Der Kommutierkreis 15 kann z.B. von einem Kreis gebildet v/erden, der einen in einer Programmeinheit angeordneten Schalter steuert, welche Programmeinheit die schnelle Annäherungsgeschwindigkeit der Schleifscheibe und die Zustellbewegung während des Materialab·· trags bestimmt. Eine solche Programmeinheit wird nicht näher beschrieben, da sie nicht unter den Erfindungsgedanken fällt; sie kann vielmehr von beliebiger bekannter Bauart sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Zu Beginn des /Arbeitszyklus der Werkzeugmaschine wird die Schleifscheibe 2 im Schnellgang dem Werkstück 1 genähert und der Meßkopf 3 an das
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O _
Werkstück herangeführt.
Die Annäherungsgeschwindigkeit des Meßkopfes 3 ist so gewählt, da selbst unter den ungünstigsten Umständen,- d.h. bei Werkstücken mit größtem Übermaß, der Meßkopf das Werkstück 1 exakt ausmessen kann, ehe die Schleifscheibe 2 in Berührung mit dem Werkstück gelangt .
Es ist festzustellen, daß nach dem anfänglichen Berühren des Werk Stückes 1 durch die"Meßfühler 4 ein gewisser Zeitraum verstreiche muß derart, daß die Meßfühler auf dem Werkstück zur Ruhe kommen; während dieses Zeitraumes tanzen und vibrieren die Meßfühler auf dem Werkstück.
Der Schwellenkreis 7 "erfühlt", wenn die Meßfühler 4 des Meßkopfe 3 das Werkstück 1 berühren; das Ausgangssignal des Schwellenkreises 7 wird durch den Verzögerungskreis 9 in einem Ausmaß verzögert, daß ein einwandfreies Aufsetzen des Meßkopfes möglich ist und die Einheit Io erst dann getriggert wird, wenn die auf die anfängliche Berührung der Meßfühler 4 mit dem Werkstück 1 folgende Übergangsphase beendet ist.
Wenn die Einrichtung Io vor dem Ende der Übergangsphase in Betriel gesetzt würde, würde sie wegen der durch den anfänglichen Stoß hervorgerufenen Schwingungen der Meßfühler 4 eine bestimmte Materialabtragsgeschwindigkeit an ihrem Ausgang simulieren, so daß· die schnelle Zustellbewegung zwangsweise beendet«werden würde,
— 9 —
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ehe eine tatsächliche Berührung zwischen der Schleifscheibe 2 und dem Werkstück. 1 stattgefunden hätte.
Daher kommutiert der Schwellenkreis 7, wenn die an der Eingangskleiiime 5 anliegende Spannung im absoluten Wert die an der Eingang klemme 8 anliegende Spannung übersteigt; nach der Kommutierung des Schwellenkreises 7 verstreicht ein durch den Verzögerungs kreis 9 bestimmtes Zeitintervall (z.B. im Falle der Fig. 2 ein für die Aufladung des Kondensators 23 auf ein vorgegebenes Potential ausreichendes Intervall) und danach gibt der Verzögerungskreis 9 ein Triggersignal auf den Steuerkreis 11 der Einrichtung lo> die die Geschwindigkeit des Materialabtrages bestimmt.
Wenn die berechnete Materialabtragsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert übersteigt, welcher dem Schwellenkreis 13 über dessen zweite Eingangsklemme 14 zugeführt* wird, gibt der Schwellenkreis 13 den Kommutierkreis 15 frei, der die Beendigung der schnellen Zustellbewegung und die Einleitung der gewünschten Materialabtragsbewegung bewirkt. -
Die Hauptaufgabe des Sehwellenkreises 13 ist die Vermeidung einer Kommutierung infolge mechanischer oder elektrischer Schwingungen,, die überall auftreten und selbst dann, wenn sie nur in geringem Ausmaß auftreten, dazu führen, daß das Äusgangssignal der Einrichtung Io nicht streng proportional der tatsächlichen Materialabtragsgeschwindigkeit ist. Zur Berücksichtigung dieser Schwin-
- lo -
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- Io -
gungen reicht aber eine sehr niedrige Schwelle aus, die das Ansprechverhalten der Vorrichtung .nicht wesentlich beeinflußt. Dahe kann die erfindungsgeniäße Vorrichtung die Geschwindigkeit sehr bald nach Berührung zwischen Schleifscheibe 2 und Werkstück 1 kommutieren, wenn die Schleifscheibe erst einen sehr geringen Tei des Übermaßes entfernt hat.
Zum besseren Verständnis der obigen Ausführungen soll nun das in der Flg. 3 gezeigte Diagramm besprochen werden. Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf der Ordinate das Ausgangssignal D des Meßkopfes 3 aufgetragen. Um das Verständnis der Arbeitsweise der er findungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, ist das in der Fig. 3 gezeigte Diagramm nicht maßstabsgetreu aufgetragen. Zum Zeitpunkt O beginnt der Meßkopf 3 seine Annäherung an das Werkstück 1 und seine elektrischen Schaltkreise werden erregt, so daß der Zeiger eines Anzeigegerätes, mit dem der Kopf ausgerüstet ist, sich schnell aus der Null-Lage entfernt. Wenn zum Zeitpunkt t der Meßkopf das Ausgangssignal D abgibt, wird der Schwellenkreis 7 getriggert. Nach einem durch den Verzögerungskreis 9 bestimmten Zeitintervall t. - t setzt der Verzögerungskreis 9 die Einrichtung Io in Tätigkeit, die die Materialabtragsgeschwindigkeit berechnet. Wenn diese Geschwindigkeit einen vorgegebenen Wert übersteigt, d.h. wenn die Tangente an die in der Fig. 3 gezeigten Kurve nach dem Zeitpunkt t.. eine vorgegebene Steigung übersteigt, gibt der Schwellenkreis 13 den Kommutierkreis 15 zum Zeitpunkt t2 frei.
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Falls es erforderlich ist, kann der Schwellenkreis 13 mit Filtern ausgerüstet sein, um den Einfluß von 'nichtsignif !kanten Signalen zu verhindern, die z.B. durch die Rauhigkeit des Werkstückes 1 hervorgerufen werden können.
Der Bearbeitungsvorgang Wird mit der programmierten Zustellgeschwindigkeit fortgeführt, bis das Werkstück zum Zeitpunkt t, die "gewünschte Sollgröße D3 erreicht.
In der Fig. 3 stellt D1 die Größe des Werkstückes 1 vor dem Schleifen dar; D- ist das maximal mögliche Signal, das von dem Meßkopf nach dem Aufstoßen der Meßfühler 4 auf das Werkstück abgegeben wird. Das Signal D2 entspricht der Größe des Werkstückes zu dem Zeitpunkt, an dem die schnelle Zustellbewegung beendet wird, d.h. nachdem die Schleifscheibe Material im Maß D - D2 in der Zeit t2 - tr abgetragen hat.
Es ist klar, daß die beschriebene Anordnung verschiedenen .Änderungen unterworfen werden kann und daß hinsichtlich der Funktionen und des Aufbaues äquivalente Maßnahmen ergriffen werden können, ohne die Grundidee der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Π. J Vorrichtung zur Steuerung der hohen Annäherungsgeschwindigkeit des Werkzeuges einer Werkzeugmaschine an das zu bearbeitende Werkstück heran, insbesondere einer Schleifmaschine, welche Werkzeugmaschine eine Einrichtung zur Bestimmung der Größenänderung des Werkstückes in Abhängigkeit von der Zeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine einen von der Einrichtung(lo) angesteuerten Kommutierkreis (15) aufweist, der den übergang von der hohen Annäherungsgeschwindigkeit auf die Zustellgeschwindigkeit steuert.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Einrichtung (lo) und den Kommutierkreis (15) ein Schwellenkreis (13) geschaltet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Einrichtung (lo) eine Zeitgeberanordnung (9) zugeordnet
    ist, um die Einrichtung zu triggern.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberanordnung (9} mit dem Ausgang eines zweiten Schwellenkreises (7) verbunden ist, und der zweite Schwellenkreis (7) und die Einrichtung (lo) eingangsseitig mit einem an sich bekannten Meßkopf (3) zur Größenbestimmung des zu bearbeitenden Werkstückes (1) verbunden sind, wobei die Ausgangssignale des Meßkopfes (3) den zweiten Schwellenkreis (7) triggern.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellenkreis (7) mit einer Eingangs klemme (8) versehen ist, auf die eine Bezugsspannung zur Steue rung der Triggerung des Schwellenkreises (7) selbst unter Berücksichtigung der Ausgangssignale des Meßkopfes (3) gelegt ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberanordnung (9) zwischen den zweiten Schwellenkreis (7) und die Einrichtung (lo) geschaltet ist, um einen zur Einrichtung (lo) selbst gehörigen Steuerkreis (11) mit Bezug auf die Triggerung des zweiten Schwellenkreises (7) mit einer vorgegebenen Verzögerung zu erregen.
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    fr .
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DE2328582A 1972-06-06 1973-06-05 Vorrichtung zum Umschalten der Werkzeugvorschubgeschwindigkeit an einer spanenden Werkzeugmaschine, insbesondere einer Schleifmaschine, von Eilganggeschwindigkeit auf Arbeitsvorschubgeschwindigkeit Expired DE2328582C2 (de)

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