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Vorrichtung zur überwachung der Vorschubsteuerung einer Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Vorschubsteuerung einer
Werkzeugmaschine, insbesondere eines Mehrfachstanzwerkzeuges, das zur Herstellung
eines Werkstückes aus einem durch das Stanzwerkzeug hindurchbewegten Materialband
mehrere nacheinanderfolgende Stanztakte ausführt.
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Mehrfachstanzwerkzeuge dienen zum Ausstanzen komplizierter Maschinenteile,
wobei die Herstellung des auszustanzenden WerkstÜckes nicht in einem einzigen Arbeitstakt,
sondern in mehreren Stanztakten erfolgt. Zu diesem Zweck
sind in
dem tfellrfachwerkzeug mehrere Stanzmesser unterschiedlicher Formgebung hintereinander
anordnet, denen das Materialband zwischen den Stanztakten zugeführt wird.
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Zur Erzielung brauchbarer Werkstücke ist es daher unbedingterforderlich,
daß der Vorschub zwischen den Stanztakten fehlerfrei durchgeführt wird, damit das
von dem ersten Stanzmesser ausgestanzte Profil gegenüber dem von dem zweiten Stanzmesser
ausgestanzten Profil zentriert ist usw.
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Es ist für die Vorschubkontrolle an Stanzen init lXandverarheitung
für die Herstellung -von Eisenmetallteilen eine mechanisch arbeitende Vorrichtung
bekannt, die aus einem Fangstift besteht, der in der Höle des zweiten Stanzmessers
angeordnet ist und in ein sogenanntes Langloch eingreift, das beim ersten Stanztakt
von dem ersten Stanzmesser in den Rand des Materialbandes eingestanzt wird. Der
Nacllteil dieser Vorrichtung zur überwachung der Vorschubsteuerung besteht in der
langsamen Arbeitsweise und in der durch den Verschleiß der mechanischen bauteile
bedingten Störanfälligkeit. Bei einer Erhöhung der Stanzgeschwindigkeit besteht
die Gefahr, daß der Fangstift bereits bei kleinen Vorschubfehlern auf das Bandmaterial
auftrifft und dieses während des Vorschubes arretiert, so daß sich das Materialband
übereinanderschiebt und in doppelter Stärke dem nachfolgenden Stanzmesser zuqeführt
wird. Dies kann unter Umständen dazu führen, daß das Werkzeug zerstört wird, bevor
die Bedienungsperson eingreifen kann.
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Es ist ferner eine Kontrollvorrichtung bekannt, die von einem selbsterregten,
freischwingenden Hocafrequenzoszillator gebildet wird, dessen Schwingung bei Metallannäherung
durch Dämpfung abreißt. Der Einbau eines
solchen Oszillators in
das Werkzeug bereitet jedoch Schwierigkeiten, da die Schningungseigenscllaften des
Oszillators von dem Werkzeugmetall beeinflußt werden und entsprechende Mindestabstände
zum umgebenden Metall des Werkzeuges und Werkstiickes eingehalten werden müssen,
was einen entsprechend größeren Aufwand beim Einbau erfordert. Ein weiterer Nachteil
dieser bekannten Vorrichtung besteht in der Ansprechgenauigkeit bei hohen Stanzgeschwindigkeiten,
da die Vorrichtunq erst dann ansnricht, wenn eine zum Abreißen der Schwingung erforderliche
genügend große Dämpfung auftritt, wobei das Abreißen der Schwingung eine gewisse
Zeitdauer in Anspruch nimmt und daher die Abreißgeschwindigkeit u.U.
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zu klein ist. Es kann daher mitunter nicht vermieden werden, daß mehrere
Fehlstanzungen ausgeführt werden, bevor der Vorsctlubfehler erkannt und die Stanze
abgestellt wird. Da das Abreißen der Schwingungen des Hochfrequenzoszillators kein
in sicll stabiler Vorgang ist, kann nur in großen Bereichen definiert werden, wann
die Schwingung sicher abreißt, so daß die bekannte Vorrichtung in Grenzfäilen, in
welchen es auf eine ge naue vaßhaltigkeit ankommt und ein bereits kleiner Vorschubfehler
angezeigt werden muß, nicht eingesetzt werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe. zugrunde, eine Vorrichtung
zur überwachung der Vorschubsteuerung einer Werkzeugmaschine cyemaß der vorgenannten
Art zu schaffen, die einfach ausgestaltet ist und eine besondere Anpassung an das
Werkstück bzw. das Werkzeug nicht erfordert und mittels welcher bereits kleine Vorschubfehler
augenblicklich erfaßt und zur Steuerung der Werkzeugmaschine ausgenutzt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß in dem Stanzwerkzeug ein Ießwertgeber
angeordnet ist, der ein magnetisches Feld erzeugt, welches nach erfolgtem Vorschub
durch ein mit dem ersten Takt gestanztes Loch des Materialbandes hindurchgreift,
und daß der Ileßwertgeber an eine Meßeinrichtung angeschlossen ist, die eine infolge
eines Vorschul,fehlers durch das Materialband bedingte Veränderung des rfagnetfeldes
erfaßt. Dabei kann der ;-!eßwertgeber in vorteilhafter teise von einem Elektromagneten
gebildet sein, der aus einer Spule mit einem Kern aus hochnermeablem Werkstoff,
vorzugsweise aus Weicheisen, besteht.
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Zur Erzeugung des durch das gestanzte Loch hindurchgreifenden Magnetfeldes
kann die Spule in vorteilhafter Weise an eine Gleichstromquelle oder an eine Wechselstromquelle
eines niederfrequenten Wechselstromes von vorzugsweise weniger als 50 Hz angesclllossen
sein.
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Gemäß einem weiteren Vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann der
Spulenkern an seinem dem Werkstück zugewandten Ende eine ringförmige Aussparung
zur Aufnahme der Spulenwicklung aufweisen, Teot7ei die Spulentricklung und die Aussparung
derart bemessen sind, daß der Meßwertgeber eine zylindrische Form aufweist. Die
elektrischen Anschlfisse der Spule sind in vorteilhafter Weise durch den Weicheisenkern
hindurch nach außen geleitet. Der Meßwertgeber kann in eine zur Werks tiickauf lake
fläche offene Bohrung des stehenden Werkzeugteiles derart eingesetzt sein, daß die
spulenseitige ylinderstirnfläche des Meßwertgebers planparallel mit der Werkstückauflagefläche
des
stehenden Werkzeugteiles abschließt, während der aus der Spule
herausragende Spulenkern gegen die Wandung der Bohrung anliegt.
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Zweckmäßig entspricht der Durchmesser des '5eßwertgebers dem Durchmesser
des in das Materialband gestanzten Loches. Das von der Spule erzeugte T anetfeld
wird durch den Weicheisenkern, das Werkzeug und das Werkstfick verstärkt, so daß
ein starkes magnetisches Feld den eisenlosen Raum des bei fehlerfreiem Vorschub
konzentrisch zur Spule angeordneten Stanzloches im Materialband ausfüllt.
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Zur Erfassung einer Beeinflusaung des in dem Stanzloch befindlichen
anetfeldes durch das Materialband, wenn dieses infolge eines Vorschubfehlers teilweise
über den fleßwertgeber geschoben wird, ist die Spule an eine Meßeinrichtung angeschlossen,
die von einer abgeglichenen Meßbrücke, insbesondere von einer Wheatstoneschen Brückenschaltung
gebildet wird, wobei der Meßwertgeber den Meßwiderstand bildet.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung Kann die
Meßbrücke an einen Verstärker und an eine Endstufe angeschlossen sein, die zur Steuerung
des Stanzenvorschubes dient. Die Endstufe gibt vorteilhaft erst dann ein Steuersignal
ab, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten ist.
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Da bereits bei geringfügigen Vorschubfehlern durch die Meßbrücke eine
Änderung des Magnetfeldes erfaßt wird, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung
äußerst genau,
wobei Vorschubfehler in beiden Richtungen, das heißt
ein zu großer Vorschub und ein zu kleiner Vorschub, ohne Zeitverluste sofort erfaßt
werden. Das Ansprechen der Vorrichtung ist daher definiert einstellbar. Durch die
Vermeidung mechanischer Bauteile lassen sich erhebliche Stanzgeschwindigkeiten erzielen.
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Weitere tfferkmale, Vorteile und Linzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein ?4aterialband, aus welchem in mehreren
Stanztakten ein Werkstück ausgestanzt ist; Fig.2 eine schematische Längsschnittansicht
durch die in das Stanzwerk;zeug eingeset2te Uberwachungsvorrichtung gemaß der Erfindung
und Fig.3 ein schematisches Schaltbild der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung.
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In der Fig. 1 ist das Materialband 1 zu erkennen, das in Richtung
des Pfeiles 2 bewegt wird. über dem !4aterialband 1 befiwlen sich drei nicht dargestellte
Stanzmesser, die aus dem Materialband 1 drei verschiedene Profile herausstanzen.
Die drei Stanzmesser arbeiten gleichzeitig, wobei das in Bezug auf die Fig.1 links
befindliche erste Messer aus dem Materialband das zentrale Loch 3 und das am Rand
des Materialbandes 1 befindliche Meßloch 4, das mittlere Stanzmesser die diagonal
angeordneten Löcher 5 und das rechte Stanzmesser die Scheibe 6 herausstanzen,
so
daß als Werkstück z. B. der Rotor 7 für einen Motor hergestellt ist. Zwischen jedem
Stanzhub wird das Materialband 1 um die Strecke 8 in Richtung des Pfeiles 2 vorwärts
bewegt, wohei die Strecke 8 dem Abstand zwischen den Achsen zweier benachbarter
Stanzmesser entspricht.-Damit die Löcher 3, 5 und das Scheibenloch 6 konzentrisch
zueinander gestanzt werden, ist es unbedingt erforderlich, daß der Vorschub um die
Strecke 8 genau eingehalten wird.
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Die Vorschubkontrolle erfolgt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem der sich am Rand befindlichen Meßiöclier 4, was nachfolgend noch näher
beschrieben wird, oder wenn es sich um breite 'laterialbänder handelt, in einem
?dteßloch 4 und einem weiteren Meßloch 9, das auf der gegenüberliegenden Seite des
Materialbandes angeordnet ist, so daß auch Materialverschiebungen innerhalb des
Bandes erfaßt werden.
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In der Fig.2 ist der feststehende Werkzeugteil 10 des Mehrfachstanzwerkzeuges
zu erkennen, auf dessen Oberseite das Materialband 1 in Richtung des Pfeiles 2 entlanggeschoben
wird. In dem Werkzeugteil 10 ist eine Bohrung 11 angeordnet, in welch der Meßwertgeber
12 eingesetzt ist.
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Der Meßwertgeber besteht aus einem Elektromagneten mit einer Spule
13 und einem Weicheisenkern 14. Die Spule 13 ist über die Meßleitung 15 über eine
Meßbrücke 16 an-eine Gleichstromguelle 17 angeschlossen. Der Spulenkern 14 weist
an seinem dem Materialband 1 zugewandten Ende eine ringförmige Aussparung 18 auf,
die zur Aufnahme der Spule wicklung 13 dient. Der aus der Spule herausragende untere
Spulenkern liegt unmittelbar gegen die Wandung des Werkzeugteiles 10 an, so daß
der Meßwertgeber die Meßbohrung 4
vollständig ausfüllt. Die elektrischen
Meßleitungen 15 führen durch Bohrungen 19, die in dem Spulenkern vorgesehen sind,
nach außen.
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In der Fig.3 ist zu erkennen, daß der erfindungsgemäße Meßwertgeber
an eine Wheatstonesche i1eßbrücke 16 angeschlossen ist, die mit einem Verstärker
20 in Verbindung steht, welcher die verstärkten Meßsignale einer Endstufe 21 zuleitet,
die ihrerseits bei ffbersonreitung eines bestimmten vorgegebenen Schwellwertes die
Stanze 22 steuert.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende. Durch
die Spule 13 wird ein Gleichstrom geleitet.
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Dabei einsteht ein magnetisches Feld, das im Weicheisenkern 14, dem
Werkzeugteil 10 und dem aus Stahl oder Eisen bestehenden Materialband hochpermeable
Leiter findet, so daß ein starkes magnetisches Feld 23, von dem einige Kraftlinien
schematisch eingezeichnet sind, in dem eisenlosen Raum, der durch das Stanzloch
4 des laterialbandes 1 begrenzt wird, anfällt. Durch den engen Kontakt des unteren
Teiles des Weicheisenkerns 14 mit der Wandung des Werkzeugteiles 10 wird das magnetische
Feld günstig verstärkt.
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Die Fig.2 zeigt eine Stellung des ;-Ia-teriallandes 1, bei welcher
der Vorschub fehlerfrei erfolgte, so daß sich das Meßloch 4 und die Bohrung 11 decken.
Vird nun das Werkstück infolge eines Vorschubfehlers aus dieser Sollposition in
Plus- oder Minus-Riciotung verscXno'zen, was einem zu großen oder zu kleinen Vorschub
entspricht, so wird der magnetische Weg der Kraftlinien des magnetischen Feldes
beeinflußt, z. B. verkürzt. Dadurch wird die Induktivität der Spule verändert, z.
B. vergrößert, so daß die in der Sollposition abgeglichene Meßbrücke nun verstemmt
wird.
Die von Null abweichende Spannung wird in dem Verstärker 20 verstärkt und dient
zur Steuerung der Endstufe 21, über die die Stanze 22 z. B. abgestellt oder der
Vorschub korrigiert wird.