DE2516132A1

DE2516132A1 - Wellenfraesmaschine, insbesondere zur bearbeitung von kurbelwellen

Info

Publication number: DE2516132A1
Application number: DE19752516132
Authority: DE
Inventors: Kurt Maecker
Original assignee: Individual
Current assignee: GFM Gesellschaft fuer Fertigungstechnik und Maschinenbau AG
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2516132C2

Description

Anlage zum Schreiben Wellenfrasmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Kurbelwellen Zusatzanmeldung, zur Patentanmeldung P 24 12 375.9-14 Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenfrasmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Kurbelwellen, bei der das Werkzeug sich über einen in zwei Koordinaten verstellbaren Schlitten in beliebiger Winkellage zum exzentrisch liegenden Kurbelzapfen des zentrisch aufgespannten Werkstücks bewegt und wobei das Werkstück zur ex vollstandigen Bearbeitung auch aller /zentrisch angeordneten Kurbelzapfen in beliebiger Lage stillsteht und ist eine Zusatzanmeldung zum Patent..... (Patentanmeldung P 24 12 375.9-14).
Gemaß der Hauptanmeldung sind die rechnerisch festzulegenden Bewegungen zur Bearbeitung von Zapfen und Wangen in Gerade und Kreisbögen aufgelöst, und es kann zusutzl@ch eine numerisch gesteuerte Bewegung längs der Welle stattfinden.
Die Erfindung hat die Aufgabe, Mittel vorzusehen, die @@@@@ldung @on Unregelmäßigkeiten an den vom Fraser @@zuanrenden Kurven verhindern, da diese die gemäß der Hauptanmeldung angestrebte Genauigkeit gefährden können.
Solche uhre,elmmäßigkeiten entstehen erfahrungsgemäß während des Fräsvorganges durch auf das Werkstück e@nw r@ende Krafte, vor allem durch die mechanische Umkehrspanne (Lose), an jeweils einer Achse. Durch diese mechanischen Einflüsse kann, sowohl bei der Herstelllung von Lager- als auch von Kurbelzapfen, anstelle eines idealen Kreises eine Ovalität erzeugt werden bzw. können am Werkstück Flachstellen bezw. Vertiefungen entstehen.
Diese Fehler können auch bei sehr genauen numerischen Steuerun-e-n auitreten und müssen deshalb auch bei der Erfindung gemaß der Hauptanmeldung berücksichtigt werden.
Gemäß der Erfindung werden diese Fehler durch besondere Maßnahmen im elektronischen Steuerteil beseitigt, soweit soche mechanischen Fehler typisch für den Arbeitsvorgang, für das Werkstück und für die Maschine sind.
Besonders unangenehm sind Flachstellen bzw. Vertiefungen in den Zapfen, da diese nur durch ein Abschleifen des ganzen Umfangs um diesen Betrag entfernt werden können.
Erhöhungen in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 @m (Buckel) sind dagegen nicht störend.
Die Flachstellen bzw. Vertiefungen treten in ganz bestimmten Lagen auf, nämlich: 1. Beim Entstechen in Richtung zum Werkstück, also beim Umschalten von Einstechen auf Umlauf mit entsprechender Umkehr der Richtung einer Achse, 2. bei der Umschaltung am Quadranten, wobei er Antrieb jeweils umgesteuert wird, während die andere Achse mit hoher Geschwindigkeit weiterlauft.
Gamäß der Erfindung sind elektronische Mittel in der Steuerung vorgesehen, durch die während des Einstechens der Sollwert für die Steuerung der Achse, die beim Eintritt in den Umlauf umgesteuert wird, und bei der Quaorantenschaltung während des Umlaufs der Sollwert für die Steuerung der Achse, die beim nächsten Quadrantenwechsel umgesteuert wird, um einen vorgewählten Betrag verkürzt wird, ohne zugleich den Rechnungswert für die Interpolation zu ändern.
Durch diese Maßnahmen werden Flachstellen bzw. Vertiefungen beim Umstellen von Einstechen auf Umlauf und bei der Umschaltung am Quadranten vermieden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen sind, die in der nachfolgenden Figuren-Beschreibung näher erlautert sind.
Es zeigen: Fig. 1 und 2 die Darstellung der Mittel in der Steuerung, duch die die Bildung von Unregelmäßigkeiten am Werkstück während des Fräsvorganges gemäß der Erfindung verhindert wird, wenn diese beim Umstellen von"Einstechen auf "Umlauf" entstehen, Fig. 3 die entsprechenden Mittel beim Quadrantenwechsel, Fig. 4 ein Schema der Korrektur-Einstellung und Schaltung für Einstechen und für Quadrantenwechsel.
Die Flachstellen bzw. Vertiefungen entstehen durch zwei Vorgänge, nämlich durch die Anlaufzeit für den Antrieb der Achse, die umgesteuert wird, und durch den Ausgleich der mechanischen Lose in der Mutter und/oder im Getriebe der Achse.
Beim Einstechen müssen bei B#eendigung dieser Bewegung die Achsen stets auf Schleichgang umgeschaltet werden ( etwa 0,1 mm/s). Deshalb müssen beim Umschalten auf Umlauf beide Antriebe weder auf die voreingestellte Umlauf-Geschwindigkeit Vu beschleunigt werden.Die Anlauf zeiten können deshalb hier vernachlässigt werden, vielmehr ist bei der Umstellung von Einstechen auf Umlauf nur die Lose zu berücksichtigen.
Während der Schlitten der Achse, die umgesteuert wird, (in Fig. 1 die Achse x), solange stehenbleibt, bis die Eugelrollspindel bzw. das Getriebe sich an die andere Seite anlegt, kann der andere Schlitten (hier y) von Einstich in den Umlauf in gleicher Richtung weiterlaufen und auf seine Nenn-Geschwindigkeit hochfahren. Es entsteht dadurch ein Herauslaufen aus dem Umlaufkreis um die Strecke b (in Fig. 1 verläuft sie von B nach D), bis die Lose a (von A nach C) abgefahren ist. Dieses Her9aslaufen aus dem Umlaufkreis erzeugt im Zapfen eine Flach-.
stelle von der Tiefe c und der Breite von etwa 4 x b.
Dabei entspricht die Tiefe c der Strecke von Punkt D nach Punkt B.
In Big. 1 ist 0 der Fräser-Mittelpunkt, Ru der Umlauf-Radius, RF der Fräser-Radius, der den Strecken B-B', D-D' entspricht und Rz der Zapfen-Radius. Der mit F bezeichnete Pfeil gibt die Bewegungsrichtung des Fräsers an. Der Lagewinkel bzw ist mit 300 angenommen. Die gestrichelte Linie u deutet den Verlauf des Umlaufkreises ohne Korrektur an, die Kreiskurve u zeigt den korrigierten Umlaufkreis. Der schraffierte Teil stellt die Flachstelle dar, wobei die Punkte B' und D' auf den Präserkurven den Punkten B und D auf den Umlaufkreisen entsprechen.
9er Erfinder hat nun gefunden, daß die Größe der Flaenstelle, bestehend aus Breite- und Tiefe, nicht von den Geschwindigkeiten der Achsen x,y beim Umschalten von Einstechen auf Umlauf abhängt, sondern von dem Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten vy zu vx zueinander (s. Fig.2). * bzw. regulären Wenn vu die Umlaufgeschwindigkeit ist und !5q der Quadrantenwinkel, so ist vx = vu . cos ßq und vy = vu . sin Das Verhältnis von vx zu vy hat bei den in der nachfolgenden Reihe angegebenen Winkeln die in der Reihe darunter aufgeführten Werte: Winkel 10 180 300 450 600 720 890 vx 1 1 1 1 1 3 25 ## ## 1/3 ### 1/1 ### 2/1 2/1 Aus dem Verhältnis der Geschwindigkeiten ergibt sich, daß der einheitlichen Strecke a (Fig.2) je nach dem Einstechwinkel @q eine veränderliche Strecke b entspricht, sodaß beide Strecken gleichzeitig durchlaufen werden. Die Bräser-Iiitte wird sich daher bei Beginn der Umlaufbewegung im vorbestimmten Umlaufkreis befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird deshalb zum Ausgleich des Fehlers der Weg der Achse, die umgesteuert wird (in Fig. 2 ist es die Achse x), um die Lose, also den Betrag a , verkürzt.
Zum Beispiel verläuft beim Einstechen unter {q = 18° q die Strecke a von xB 180 nach xv 180.
Wenn der verkürzte Weg, zum Beispiel xv 180 , abgefahren iat, so wird die Achse x stillgesetzt, während die Achse y weiterfährt und zwar bis zu dem Punkt yE 18° Damit ist der normale Rechnungswert yE abgefahren, und auch die Achse y meldet das Kommando "Ort erreicht". Dann werden beide Achsen auf Umlaufgeschwindigkeit geschaltet und gleichzeitig die Richtung der Achse x geändert. Der Schlitten x bleibt noch stehen, bis die Lose ausgeglichen ist.
In dieser Zeit fährt jedoch der Schlitten y um den Überlauf b bis zum Punkt yu 180 weiter, bis an diesem Punkt beide Schlitten sich bewegen und sich in der Umlaufbahn befinden.
Gemäß der Erfindung entspricht also der Wert a der Verkürzung für die Achsen x und y der mechanischen Lose.
Dieser Wert stellt also einen festen Maschinenwert dar.
Er ist unabhängig vom Zapfen-Durchmesser und den Arbeitsgeschwindigkeiten. Es ist also nicht erforderlich, für den Zapfen-Durchmesser oder für veränderliche Geschwindigkeiten den Wert a neu zu berechnen oder neu einzujustieren.
Beim uadrantenwechsel wird zwar jeweils auch eine Achse umgeschaltet. Dabei läuft jedoch die andere mit hoher Geschwindigkeit weiter. Deshalb wirkt sich hier im Gegensatz zum Einstechen das Anlaufen der Achse, die umgesteuert werden soll, als ein zusätzlicher Lage-Fehler aus, der ebenfalls ein Herauslaufen aus dem Umlaufkreis bewirkt.
Hi.#vlzu kommen hierbei noch die Tot zeiten von Thyristor und i«Iotor beim Umsteuern durch Null.
Diese Verlust zeiten tv können insgesamt auf einen Wert von 0,05 - 0,1 s heruntergedrückt werden, da die Anfangsgeschwindigkeit der Umsteuer-Achse im Rahmen der Maschinendaten kaum über 0,1 - 2 emfis kommen kann. Dabei ist eine Umlauf-Geschwindigkeit von 600 bis 3 000 mm/min, ein Umlauf-Durchmesser von 40 bis 200 mm und eine Lose von 0,03 bis 0,06 mm angenommen.
Diese Verlust zeiten bewirken, daß die nicht umzusteuernde Achse weiter aus dem Umlaufkreis herausläuft, als dies dem Durchlaufen der Lose allein entspricht, und zwar um den Betrag von b1(s. Fig. 3), der wiederum eine Vergrößerung der Strecke a auf die Strecke a1 bedingt.
Aus der Strecke a (der gegebenen Lose dieser Achse) kann bei bekanntem Umlauf-Radius Ru = RF - Rz trigonometrisch die Strecke b und aus dem Verhältnis der beiden Strecken a zu b können dann bei vorbestimmter Umlauf-Geschwindigkeit die Geschwindigkeiten von Vx bzw. vy bestimmt werden.
Daraus läßt sich die Zeit tX (wobei der Index L = Lose ist) für das Durchlaufen der Lose mit konstanter Geschwindigkeit vx bzw Vy berechnen, der zusätzlich zum Ausgleich der Umsteuer- und Anlauf-Verluste noch 1/2 tv hinzugefügt wird. Diese Gesamtzeit t = tX + 1/2 tv, multipliziert mit vx bzw. vy, , ergibt genügend genau die Strecke a1.
Durch ein weiteres Zurücksetzen des Umschalt-Punktes um die Strecke a1 nach Punkt C, entsprechend der trigonometrischen Abhängigkeit von b2 zu a1 , läßt sich erreichen, daß mit Beginn der Bewegung des Schlittens der Umsteuer-Achse beide Schlitten sich auf dem vor-errechneten Umsteuer-Kreis befinden.
In Fig. 3 ist a wieder die Lose, b der Überlauf A-3, b1 der Uberlauf B-D entsprechend der Umsteuer-Verlustzeit tv s b2 die Überlauf-Gesamtstrecke 0-E (Lage bei verkürztem Sollwert), G ist der Einsatz der Verkürzung und a1 die Verkürzung A-C ettsprechend der Strecke b2. Die Flachstelle ist wieder schraffiert, und die voll ausgefüllte Stelle-ist der Restbuckel zwischen den Bögen G'-E'. A'-G' sind die Fräskurven.
Aus den vorher angegebenen Maschinendaten ergibt die Rechnung für die Strecke a1 , daß diese einschließlich der Lose zwischen 0,04 (die Lose ist 0,3) bis 0,2 mm liegt. Die Grobeinstellung läßt sich nach Messung der Verlust zeit leicht errechnen. Die Feineinstellung erfolgt nach Messung am gefrästen Zapfen.
Es muß nun beachtet werden, daß die Eingabe-Werte für die Einstech-Strecke im Rechner nicht verändert werden dürfen, da diese für den Gerad- und den Kreis-Interpolator unverändert bleiben müssen. Auch ist es unerwünscht, den Ist-Wert zu verändern, da dieser stämdig mit der tatsächlichen Lage der Antriebe übereinstimmen soll.
In Fig. 4 ist eine Lösung für die Umgehung dieser Schwierigkeit gezeigt.
Von dem am Ausgang des Rechners R befindlichen Lage-Sollwert-Zähler Z5 für x bzw. y wird über einen Subtrahierer S ein um einen Korrekturwert a verminderter Betrag einem Komparator K3 zugeführt, der andererseits vom Istwert-Zähler Z x,y beaufschlagt wird und bei Gleichheit der beiden verglichenen Werte das Signal "Ort erreicht" (Signal KO) herausgibt, das die Stillsetzung der umzukehrenden Achse veranlaßt und die Schaltung auf Umkehr vorbereitet.
Über eine Schaltlogik Li muß der Wert a beim Einstechen (Stellung E) in den Quadranten I/III vom Sollwert "Schleichgang" der Achse x abgezogen werden, während in den Quadranten II/IV dieser Wert vom Sollwert Schleichgang der Achse y abgezogen werden muß.
Dabei setzt das Kommando "Ort erreicht" die verkürzte Umkehr-Achse vorerst still und bereitet das Signal "Umlaufn vor, das nach tOrt erreicht" der zwSeten weiterlaufenden Achse wirksam wird.
Beim Umlauf muß über einen weiteren Dekadenschalter der Wert a1 für den Quadrantenwechsel (W) eingegeben werden, der als Verkürzung des Wertes ymax= Radius Ru des Umlaufkreises in den Quadranten I/III und als Verkürzung des Wertes xmax= Ru in den Quadranten II/IV wirksam ist.
Gemäß der Hauptanmeldung hat der Rechner eine elektronische Schrittschaltung für den richtiggwV Ablauf der Arbeitsgänge, die die bei jedem Schritt erforderlichen, über Dekadenschalter oder Band eingegebenen Zeichnungsdaten abruft, die dann über Addierer bzw. Subtrahierer bearbeitet werden damit die Radien Ru bilden, die mit den in der Quadrantenschaltung festgelegten Daten einem oder mehreren Multiplizierern zugeführt werden. Daraus werden die Stützpunkt-Werte x/y errechnet.
Bei der Verkürzung der Werte ist vorausgesetzt, daß der gleiche Lage-Sollwert-Zähler sowohl bei der Gerad- als auch bei der Kreis-Interpolation angewendet wird. Mit Hilfe der Dekadenschalter kann man sich an den richtigen Wert herantasten, da außer den nachzurechnenden Fehlern auch noch dynamische Einwirkungen des Fräsvorganges auszugleichen sind.
Beim Einstechen wird der Wert a ih dem Augenblick, in dem beide Achsen "Brt erreicht meldeMund der Umlauf beginnt, gelöscht.
Beim Umlauf findet vor dem Quadrantenwechsel durch die korrigierte Achse ebenfalls das Kommando Ort erreicht zuerst statt. Es wirkt jedoch mur als Stillsetzungs Kommando für die Umsteuer-Achse. In dem Augenblick, in dem die weiterlaufende Achse die Kreismitte erreicht, also bei dem Wert Null, wird die umeusteuernde Achse in der entgegengesetzten Richtung wieder eingeschaltet. Deren Schlitten bewegt sich aber erst, wenn die Strecke der Lose abgefahren ist. Dann kann der Wert a1 gelöscht werden.

Claims

Anlage zum Schreiben

Patentansprüche Zusatzaameldung zum Patent....(Patentanmeldung P 24 1437).9-14) 1. Wellenfräsmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von urbelwellen, bei der das Werkzeug sich über einen in zwei Koordi-e.>en verstellbaren Schlitten in beliebiger Winkellage zum exzentrisch liegenden Kurbelzapfen des zentrisch aufgespannten Werkstücks bewegt und das Werkstück zur vollständigen Bearbeitung auch aller exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen in beliebiger Lage stillsteht und die rechnerisch festzulegenden Bewegungen zur Bearbeitung von Zapfen und Wangen in gerade und Kreisbögen aufgelöst sind und zusätzlich eine numerisch gesteuerte Bewegung längs der Welle stattfinden kann gemäß Patent (Patentanmeldung P 24 12 375.9-14), dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Mittel in der Steuerung vorgesehen sind, durch die während des Einstechens der Sollwert ür die Steuerung der Achse, die beim Eintritt in den Umlaufkreis umgesteuert wird, und bei; der Quadrantenschaltung während des Umlaufs der Sollwert für die Steuerung der Achse, die beim nächsten Quadrantenwechsel umgesteuert wird, um einen vorgewählten Betrag (a, a1) verkürzt wird, ohne zugleich den Rechnungswert für die Interpolation zu ändern.
2. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektur-Betrag (a) der Sollwert-Verkürzung beim Einstechen einen festen Wert hat, der etV?a der mechanischen Lose entspricht, der zwar für die Achsen (x, y) unterschiedlich, aber unabhängig vom Zapfen-Durchmesser und den Arbeitsgeschwindigkeiten ist und nur so lange wirksam ist, bis der Umlauf beginnt.
3. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abfahren des normalen und des verkürzen Rechnungs-Sollwertes beide Achsen (x und y) auf Umlaufgeschwindigkeit geschaltet werden und gleichzeitig die Richtung der verkürzten Achse geändert wird, wobei vorerst der Schlitten der verkürzten Achse (z.B. x) stehenbleibt, bis die Lose ausgeglichen ist, während der andere Schlitten (z.B. y) um den Überlauf (b) zeitlich gleich lange weiterläuft bis zu dem Punkt, an dem beide Schlitten ( x und y) laufen und sich damit in der Umlaufbahn bewegen.
4. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag a1, getrennt für die Achsen (x und y) berechnet und durch Dekadenschalter als Sollwert-Verkürzung einstellbar ist, wodurch eine vorzeitige Stillsetzung der umzusteuernden Achse bewirkt wird, wobei beim Durchlauf der weiterlaufenden Achse durch die Kreismitte (o) die Umkehr-Achse wieder im Sinne eines Rücklaufs eingeschaltet wird und die Eorrekturkgelöscht wird.
5. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß a1 in bekannter Weise trigonometrisch festgelegt wird, und daß nach Wiedereinschaltung der Umkehr-bchse und nach Durchlauf der Lose (a) dieser Achse beide Schlitten (x und y) sich wieder im Umlaufkreis (u) bewegen.
6. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem am Ausgang des Rechners (R) befindlichen Lage-Sollwert-Zähler (Z8) für die Achsen (x und y) über einen Subtrahierer (S) ein um den Korrektur-Wert (a) verminderter Betrag einem Komperator (K3) zugeführt wird, der andererseits vom Ist-Wert-Zähler (Z ) beaufschlagt wird und bei Gleichheit der beiden verglichenen Werte das Signal "Ort erreicht" (E7/o) für die x-und y-Achsen herausgibt, und daß über eine Schaltlogik (L1) ein für die Achsen (x und y) unterschiedlicher Wert a beim Einstechen (Stellung E) in den Quadranten I/III vom Sollwert "Schleichgang" der Achse x und in den Quadranten II/IV vom Sollwert "Schleichgang" der Achse y abgezogen wird.
7. Wellenfräsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenne zeichnet, daß über die Schaltlogik (L1) über weitere Dekadenschalter ein für die Achsen ( + nd y) unterschied -licher Wert a1 für den Quadrantenwechsel (Stellung W) zählend des Umlaufes der Fräser-Mitte eingegeben wird, der als Verkürzung des Sollwertes ymax= Ru in den Quadranten I/III und als Verkürzung des Sollwertes xmax= Ru in den Qiadranten II/IV wirksam ist,.und das Kommando "Ort erreicht die Bewegung der verkürzten Achse vorerst stillsetzt, das Signal 2tQuadrantenwechselt vorbereitet und dass dieses Signal wirksam wird, wenn die durchlaufende Bewegung in der Mitte der Achse den Wert Null erreicht.

L e e r s e i t e