DE2331767A1 - Steuervorrichtung fuer schlitten an werkzeugmaschinen - Google Patents

Steuervorrichtung fuer schlitten an werkzeugmaschinen

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Description

Wickman Machine Tool Sales Limited, Banner Lane, Tile Hill,
Coventry, Warwickshire, England
Steuervorrichtung für Schlitten an Werkzeugmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Steuervorrichtungen, mit denen die Schlitten von Werkzeugmaschinen, beispielsweise Drehmaschinen, bequem und zweckmäßig gesteuert werden können.
Derartige Steuervorrichtungen sollen nicht nur den Anschlag oder die maximal mögliche Bewegung eines Schlittens» sondern auch seine Geschwindigkeit während der verschiedenen Abschnitte des BearbeitungsVorganges steuern. Außerdem ist es erforderlich, die Position des Schlittens an irgend einer
Stelle innerhalb des BearbeitungsVorganges festzulegen. Das ist bisher mit Hilfe einer numerischen Steuervorrichtung durchgeführt worden, wobei die notwendige Geschwindigkeit und Arbeitsbewegung dem Schlitten dadurch mitgeteilt werden, daß
einer elektrischen Antriebsvorrichtung, welche den Schlitten bewegt, Signale übermittelt werden, oder mit Hilfe einer
Druckflüssigkeit, die eine Kolben-Zylindereinheit betätigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Schlitten einer Werkzeugmaschine ein elektronisches System für die
Steuervorrichtung zu entwickeln, wobei dieses System zweckmäßig und genau arbeitet.
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Gemäß der Erfindung besteht das elektronisch arbeitende System für die Steuervorrichtung des Schlittens einer Werkzeugmaschine aus einem optischen Kodierer, der von einer Hauptwelle der Maschine angetrieben wird und Ausgangssignale be- . züglich der Geschwindigkeit der Drehbewegung, Winkellage und auch Anzahl der Umdrehungen der Hauptwelle liefert, wobei diese Ausgangssignale aes optischen Kodierers auf einen elektrischen Antriebsmotor übertragen werden, der den Schlitten betätigt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine zeichnerische Darstellung einer Steuervorrichtung für einen Schlitten, aie entsprechend der Erfindung aufgebaut und elektronisch gesteuert wird,
Fig. 2 eine Ansicht der Steuervorrichtung fiir einen Schlitten in einer anderen Lage
Fig. 3 eine vergrößerte, abgebrochene Ansicht eines Meißels und zugehöriger Teile, die in der Vorrichtung verwendet werden,
Fig. 4 eine endseitige Ansicht des Meißels und der genannten Teile,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Meißels,
Fig. 6 und 7 endseitige Ansichten und Draufsichten entsprechend der Ausführungsform des Meißels nach Fig.
Fig. 8 und 9 weitere Ansichten der Form des Meißels nach den Fig. 5, 6 und 7 und
Fig. 10 eine Ansicht einer anderen Steuervorrichtung.
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In Fig. 1 ist ndt 10 ein Support für einen Schlitten-11 bezeichnet.. Der Support 10 ist auf das Bett einer Drehmaschine aufmontiert und der Schlitten 11 ist so angeordnet, daß er auf eine Arbeitsstellung hin und aus dieser wieder herausbewegt werden kann, um an einem Werkstück Zerspannungsvorgange durchzuführen. An dem Schlitten können, was zeichnerisch jedoch nicht dargestellt ist, Werkzeuge befestigt werden, welche die Zerspannungsarbeiten ausführen.
Um den Schlitten relativ zum Support 10 bewegen zu können, ist der Schlitten 11 mit einem Zylinder 12 verbunden, in welchem ein Kolben 13 verschiebbar angeordnet ist, dessen Kolbenstange 14 am Support 10 befestigt ist.
Der Zylinder 12 weist Einlaß- und Auslaßöffnungen 15 und 15a auf, die mit den Enden des Zylinders jeweils verbunden sind. Der Einlaß und Austritt des Treibmittels in die Enden und aus den Enden des Zylinders werden durch ein Servoventil 16 gesteuert, welches gemäß Darstellung in Fig. 3 eine Spule 17 aufweist, die innerhalb des Ventilkörpers angeordnet ist und an einem Ende aus diesem herausragt. In dem Ventilkörper arbeitet das andere Ende der Spule mit einer Feder 18 zusammen, welche die Spule aus dem Ventilkörper herausdrückt.
Im Support 10 ist in Lagern 19, die mit einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, eine Gewindespindel 21 gelagert. Die Achse dieser Spindel verläuft parallel zur Kolben- und Zylinderachse. Die Gewindespindel kann nur Drehbewegungen ausführen und ist gegen axiale Bewegungen gesichert. Im Support 10 ist ein elektrischer Schrittmotor 22 angeordnet, der die Drehbewegung der Gewindespindel 21 erzeugt.
Für den Schrittmotor 22 ist eine elektronische Steuerung vorgesehen, die in Fig. 1 dargestellt ist. Diese besteht aus einem optischen Kodierer 23» welcher so mit einer Hauptwelle der Werkzeugmaschine verbunden ist, daß er mitgedreht wird. Als Welle wird dabei die Welle benutzt, auf welcher die Werkstücke drehbar angeordnet sind. Der Kodierer 25 weist zwei senkrecht
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aufeinanderstellende Ausgangssteuerimpulse auf, die an einen Geräuschabschwächer (noise reducer) und an einen Richtungsfühler 24 abgegeben werden. Der Ausgangsimpuls dieser Einrichtung wird entweder an einen Verstärker 25 und dann an einen Mehrwegschalter 26 oder durch einen festen Verstärker 27 und Verteiler 28 wieder an den Mehrwegschalter 26 abgegeben.
Der Verstärker 25 empfängt seine Signale von einer Steuereinrichtung 29, die so ausgebildet ist, daß sie den benötigten Arbeitszyklus des Schlittens festsetzt. Das kann durch Vorprogrammierung oder manuelle Eingabe erfolgen. Der Verstärker 25 ist deshalb angeordnet, um die Impulsfrequenz des optischen Kodierers- 23 in Übereinstimmung mit dem Signal abzuändern, welches von der Steuereinrichtung 29 stammt.
Bei ein-er anderen Ausführungsform werden die vom Kodierer 2j5 stammenden Impulse im Verstärker 27 verarbeitet und mit Hilfe des Verteilers 28 in Übereinstimmung mit den Signalen geändert, die von der Steuereinrichtung 29 empfangen werden.
Der Mehrwegschalter 26 erhält ebenfalls ein Signal von der Steuereinrichtung 29 und überträgt den einen oder anderen Impuls der Impulsfolgen auf einen umschaltbaren Zähler 31. Der umschaltbare Zähler 31 empfängt drei Eingangssignale, nämlich ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung 29, die Impulsfolge vom Mehrwegschalter 26 und ein weiteres Signal, welches sich auf die Drehrichtung der Spindel bezieht, von dem Geräuschabschwächer (noise reducer) und Richtungsfühler 24. Das Auslaßsignal des umschaltbaren Zählers 31 wird für den wahlweisen Richtungssinn in die richtige Phase gebracht. Aus einem derartigen umschaltbaren Zähler 31 treten zwei Ausgangssignale heraus, von denen einer an einen digitalen Analogwandler 32 abgegeben wird, welcher einen positiven oder negativen Spannungswechsel im Ausgangssignal erzeugt, welcher der notwendigen Einspeisung äquivalent ist, die einem Auslagantrieb 33 zugeführt wird, die den Energiefluß zum Schrittmotor 22 besorgt, damit dieser betätigt wird.
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Der optische Kodierer erzeugt deshalb ein Auslaßsigrial, welches an die Drehgöschwindiglcelt der Hauptwelle der Maschine angepaßt ist. Weiterhin sind dabei auch die Winkellage der Hauptwelle und die Anzahl der Umdrehungen des betreffenden Arbeitsganges bei den Ausgangssignalen berücksichtigt. Deshalb ist dieses System für das Schneiden von Gewinde und ähnliche Bearbeitungsvorgänge geeignet»
Wenn der Vorschub des Schlittens von der Drehbewegung der Hauptwelle unabhängig sein soll, wird von der Steuereinrichtung an den Oszilator 34 ein Signal abgegeben, der eine Impulsfolge in den Mehrwegschalter 26 sendet. Dieses verursacht die Abgabe eines Ausgangssignales an den umschaltbaren Zähler 31 und von aort aus durch den Analögwandler 32 und den Auslaßantritt 33 zum Schrittmotor 22.
Der wahlweise Richtungssinn wird jedoch durch die Steuereinrichtung 29 statt durch den Richtungsfühler 24 erreicht.
Es findet ebenfalls eine Rückleitungssteuerung zu einem Vergleicher 35 statt, welcher Signale von der Steuereinrichtung 29 erhält. Als Einspeisung der Schlittenabläufe wird von dem umschaltbaren Zähler 31 an den Vergleicher 35 ein Gesamtimpuls abgegeben. Wenn die beiden Eingangswerte gleich sind, wird von dem Vergleicher 35 an die Steuereinrichtung 29 ein Signal abgegeben, welches dann die Ausgangssignale zu den anderen Einheiten des Kreises abändert, wodurch eine Unterbrechung des Zuflusses oder ein Wechsel in der Größe des Zuflusses oder ein Wechsel des Richtungssinnes oder Kombinationen davon verursacht. Die stattfindenden Wechsel stimmen mit den vorgegebenen Werten der Steuereinrichtung 29 überein.
Die Drehbewegung des Gewindespindeis 21 erzeugt eine lineare Bewegung des Meißels 36 entlang der Spindel 21. Der Meißel steht mit der Spule 17 des Servoventils l6 in Kontakt und ist so angeordnet, daß er die Spule gegen die Kraft ihrer Feder bewegt, um das Servoventil zu steuern, welches bei der Drehbewegung den Zufluß und Austritt der Flüssigkeit aus dem Zylinder zwecks Bewegung des Schlittens 11 steuert. Die Bewegungen des Meißels sind jedoch im Verhältnis zur Spule klein. Die
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Begrenzungen des Weges des Meißels entlang dem Support 10 werden durch entsprechende Schalter 37» 3ö gesteuert., die einstellbar am Support 10 anmontiert sind.
Der Meißel 36, der in den. Fig. 3 und 4 in Form eines L-förriiigen Elementes 39 dargestellt ist, ist drehbar air; Zylinderkörper 12 mit Hilfe eines Bolzens ^l gelagert. Dieser Bolzen ist an einem Ende aes L-förmigen Körpers angeordnet, während das andere Ende einen Sockel für die Aufnahme eines federbelasteten Meißelkörpers 42 aufweist. Die Feuer 43 ist deshalb als Druckfeder ausgebildet und sorgt dafür, daß der Meißelkörper 42 mit der Gewindespindel 21 in Berührung steht. Die Gewindegänge der Spindel 21 weisen eine Sägezahnform auf, wobei Führungsflächen vorgesehen sind, die im wesentlichen senkrecht zur Drenachse der Spindel verlaufen, sowie Ablaufflächen, die dazu geneigt ausgebildet sind. Diese Flächen sine. ir.it den Bezugszahlen 44 beziehungsweise 45 versehen. Die Bewegung des Meißelkörpers 42 von seinem Sockel in uern Element ist jedoch durch einen Avisschaltbolzen 46 begrenzt.
Der Meißelkörper weist eine ebene Fläche auf, die mit der Führungsfläche 44 des Schraubgewindes zusammenarbeitet und mit dieser über eine Feder l8 aes Servoventils Io in Berührung gehalten wird.
Für den Fall, daß die Gewindespindel 21 jenseits einer Grenzlage für die Bewegung des Elementes 39 gedreht wird, werden Beschädigungen dadurch vermieden, daß die hinterschnittene Fläche 45 des Schraubengewindes die Möglichkeit hat, mit dem Körper zusammenzuarbeiten, welcher entsprechend ausgebildet ist, so daß der Meißel 42 seine Feder 43 zusammendrückt.
Es ist jedoch dafür gesorgt, daß der Meißelkörper bei normalen Bedingungen nicht über die Schraubengewinde von der einen Rille zur anderen übertreten kann.
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Bei einer anderen Ausführungsform, die in den Fig. 5 bis 9 dargestellt ist, weist der Meißel ein Element 47 auf, welches im allgemeinen ebenfalls eine L-förmige Form aufweist. An einem Ende weist es einen Gelenkbolzen 48 auf, der in den Zylinderkörper 12 eingreift. An seinem anderen Ende weist es einen weiteren Gelenkbolzen 49 auf, an welches ein weiteras Element 51 anmontiert ist, an welchem ein Meißelkörper 52 befestigt ist. Zur axialen Anordnung des Meißelkörpers in dem Element 51 ist eJn Dorn 55 vorgesehen. Das Ende des Meißelkörpers ist so ausgebildet, daß es der Form der Gewinderollen der Schraubenspindel 21 entspricht.
Der Meißelkörper kann sich daher wechselseitig um zwei senkrechte Achsen drehen, die beide senkrecht zur Achse der Schraubenspindel 21 verlaufen. Wenn die Schraubenspindel übersteuert wird, wird eine Beschädigung des Meißelkörpers durch die mögliche Drehbewegung, wie in Fig. 8 in gestrichelten Linien eingezeichnet ist, vermieden. Außerdem ist der Meißelkörper selbst in dem Bauteil 51 drehbar gelagert, so daß seine Fläche mit der flachen Führungsfläche 44 des Schraubengewindes trotz winkliger Verlagerung zusammenwirkt. Um diese winklige Ablagerung zu begrenzen - das Bauteil 47 ist daran befestigt - ist ein Begrenzungsschalter 54 vorgesehen, der ein elektrisches Signal erzeugt, um die Energieversorgung zum elektrischen Schrittmotor abzuschneiden, wodurch die Drehbpwegung aer Schraubenspindel gestoppt wird.
Außerdem sind zwecks Begrenzung der Bewegung des Bauteiles 51 relativ zum Bauteil 47 zwei Flächen 57 und 58 vorgesehen, die mit dem Bauteil 47 an gegenüberliegenden Begrenzungspositionen des Bauteiles 51 zusammenwirken. Der Schalter 54 wirkt außerdem mit einer weiteren Fläche 59 auf dem Bauteil 51 gleichzeitig mit einem Zusammenwirken der Fläche 58 mit dem Bauteil 47 zusammen.
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Um die Bewegung des Bauteiles J59 oder 47 um ihren Gelenkbolzen 41 beziehungsweise 48, sowie relativ zur Spule 1? des Servoventiles 16 zu begrenzen, sind an gegenüberliegenden Seiten des betreffenden Bauteiles zwei weitere elektrische Schalter 55 und 56 angebracht. Diese Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt. Diese Grenzschalter sind in den Steuerungskreis eingebaut, um eine weitere Arbeitsbewegung der Schraubenspindel 21 zu stoppen.
Die Vorrichtung, die in den Fig. 1 bis 9 dargestellt ist, ist in der brit. Patentanmeldung Nr. 22 808/72 beschrieben und beansprucht.
Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Support 10, der auf ein Drehmaschinenbett aufmontiert ist, mit einem Schlitten 11 versehen. An dem Schlitten 11 ist ein Mutterelement 60 befestigt, das mit einer Führungsschraube 6l zusammenwirkt, welche in einem Laser 62 im Support 10 gelagert ist. Am Support 10 ist ein Schrittmotor 63 befestigt, um die Führungsschraube 6l zu drehen. Das erfolgt mit Hilfe eines gezahnten Riemens 64 über entsprechende Riemenscheiben 65, Der gezahnte Riementrieb kann auch durch ein Zahnradgetriebe ersetzt werden.
Die Grenzschalter 67, 68 steuern die maximal zulässige Bewegung des Schlittens 11. Der Schrittmotor wird durch die oben beschriebene elektronische numerische Kontrolleinrichtung überprüft. Der Antrieb 33 hierfür ist in Fig. 10 dargestellt.
Die beschriebenen Ausführungsformen sind einzeln bei herkömmlichen Schlitten und Schlittenwegen anwendbar. Die Erfindung kann jedoch auch bei schaltbaren Drehköpfen angewendet weraen, die eine ganze Anzahl Werkzeugaufnahmen besitzen. Dabei ist jedoch jeweils nur eine Werkzeugaufnähme in Arbeitsstellung,
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so daß dabei die Bewegung des Drehkopfes genauso gesteuert werden kann, wie es oben unter Bezugnahme auf eine herkömmliche Schlittenform beschrieben ist.
Ansprüche
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Claims (8)

  1. JO
    Anspr-üche
    ( 1J Elektronisches System für die Steuerung des Schlittens einer Werkzeuginas chine., welches einen optischen Kodierer aufweist, der von einer Hauptwelle der Maschine angetrieben wird und entsprechend der Drehgeschwindigkeit, der Winkellage sowie der Anzahl der Umdrehungen der Hauptwelle Austrittssignale erzeugt, wobei diese Austrittssignale des optischen Kodierers auf einen elektrischen Antriebsmotor übertragen werden, der die Bewegung des Schlittens erzeugt,
  2. 2. System nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, daß die Austrittssignale des optischen Kodierers als zweistufige Ausgangssignale ausgebildet sind und an einen Richtungsfühler abgegeben werden, dessen Auslaß über einen Verstärker mit einem Mehrwegschalter verbunden ist, welcher ebenfalls ein Signal von einer vorgesteuerten Einrichtung für die benötigte Schlittenbewegung erhält, wobei die Signale des Mehrwegschalters an einen umsteuerbaren Zähler abgegeben werden, dessen Auslaßsignal an einen digitalen analogen Wandler abgegeben werden, um die Energieanlieferung für den elektrischen Artriebsmotor zu besorgen.
  3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Richtungsfühler austretende Signal über einen Verstärker an den Mehrwegschalter abgegeben wird.
  4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Verteiler angeordnet ist, der sowohl von der Steuereinrichtung als auch vom optischen Kodierer Signale empfängt.
  5. 5· System nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umschaltbare Zähler von der Steuereinrichtung und dem Mehrwegschalter Signale bezüglich der Drehrichtung der Maschinenspindel erhält. *
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  6. 6. System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Schrittmotor vorgesehen ist, der als elektrischer Antriebsmotor für den Schlitten dient.
  7. 7· System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor eine Schraube betätigt, Vielehe mit einem Meißel zusammenwirkt, welcher eine Servoeinrichtung für die Regelung der Schlittenbewegung betätigt.
  8. 8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor mit einer Schraube und einer Muttereinrichtung zusammenwirkt, wodurch die Bewegung des Schlittens gesteuert wird.
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