DE2614135C3

DE2614135C3 - Elektrische Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeug oder Werkstück an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2614135C3
Application number: DE2614135A
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Osaka Mitani
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS51114785A; FR2306474B1; CH611195A5; CA1093661A; DE2614135A1; US4128796A; JPS5757223B2; FR2306474A1; DE2614135B2; GB1548657A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeug oder Werkstück an Werkzeugmaschinen mit einem dem elektrischen Antriebsmotor (Hauptmotor) zugeordneten Leistungs- bzw. Stromdetektor, mit einem Speicher für die bei Leerlauf bzw. Teillast des Antriebsmotors (Hauptmotors) vom Detektor abgegebene Signalspannung und mit einem Vergleicher, durch den die beim Betrieb der Werkzeugmaschine auftretende momentane Signalspannung des Detektors mit der gespeicherten Signalspannung vergleichbar ist, wobei durch die sich ergebende Difterenzspannung der Vorschubantrieb steuerbar ist.

Eine derartige Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeug oder Werkstück an Werkzeugmaschinen ist aus der DE-PS II 14 239 bekannt. Um eine genaue, von den eingestellten Werten der Belastung unabhängige Steuerung zum Übergang von Leer- auf Arbeitsvorschub zu schaffen, wird dort der in einem Kondensator gespeicherte Leerlaufwert der abbildenden Spannung mit dem sich bei Belastung änderndem Istwert an einem Widerstand laufend verglichen, wobei die Differenz als Steuerspannung dient. Bei Belastungsänderung am speisenden Netz für den Antriebsmotor (Hauptmotor) wird eine Elektronenröhre beeinflußt, deren Anodenkreis einen Hilfsstromkreis steuert, welcher die Geschwindigkeit des Werkstücks bzw. des Werkzeugschlittens beeinflußt. Zwar werden auch bei dieser bekannten Steuerung Störfaktoren, deren Änderungsgeschwindigkeit relativ klein ist

(z. B. Spannungsschwankungen, Änderungen der Lauffähigkeit des Motors oder von diesem betätigter Glieder), selbsttätig vermieden, weil der Vergleich zwischen einem Bezugszustand und einem diesem zeitlich unmittelbar folgenden Zustand erfolgt, jedoch werden durch Rauschen verursachte Störungen sowie die Auswirkungen zeitlicher Nacheilung der Signalspannung nicht völlig ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugninde, eine Steuerungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der rauschbedingte Störeffekte — hervorgerufen durch periodische elektrische, aber auch mechanische Schwankungen — sowie geringe zeitliche Nacheilungen des Signals für den Eingriff von Werkzeug und Werkstück ausgeschlossen werden, vobei Netzschwankungen weiterhin ohne Einfluß bleiben sollen.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Steuerungsvorrichtung der einleitend genannten Ausbildung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Ausführung nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß das periodische Rauschen ausgeschaltet wird, das auf elektrische Ursachen zurückgeht, aber auch mechanisch verursacht wird, z. B. durch Riemenantriebe oder dergleichen. Dabei ist gewährleistet, daß eine Nacheilung des Steuersignals vermieden wird. Somit wird eine zuverlässige und exakte Steuerung der Vorschubbewegung von Werkzeug oder Werkstück an Werkzeugmaschinen ermöglicht.

Eine Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch 2. Es wird zum weiteren Stande der Technik darauf hingewiesen, daß aus der Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb«, Februar 1975, S. 67 an sich bekannt ist, die Werkzeugmaschine in der Schlitten-Haltestellung zum Stillstand zu bringen, sobald die am Werkzeug auftretende Beanspruchung einen voreingestellten Wert überschreitet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführw.gsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltschema einer Steuerung für eine Schleifmaschine,

« F i g. 2 ein Leistungs-Zeit-Diagramm,

Fig. 3 ein Leistungs-Zeit-Diagramm nach dem Sollwert,

F i g. 4 ein Blockschaltschema eines Sperrkreises für periodisches Rauschen und

F i g. 5 ein elektrisches Schaltbild des Sperrkreises nach F i g. 4.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuerung weist einen Leistungsdetektor A für den elektrischen Antriebsmotor Mauf, der bei einer Schleifmaschine die Schleifscheibe antreibt und als Hauptantriebsmotor bezeichnet wird. Ferner weist sie eine Sperrschaltung B für periodisches NF-Rauschen, eine Speicherschaltung C, eine Dämpfungsschaltung D, einen Vergleicher E und eine eine anormale Überlastung erfassende Schaltung F auf. Der Leistungsdetektor A dient zur Erfassung der sich stets ändernden Leistungsaufnahme des Hauptantriebsmotors M. Soll der elektrische Strom als Meßgröße erfaßt werden, so wird der Leistungsdetektor durch einen Stromdetektor ersetzt.

Die Sperrschaltiing Sfiltert ein periodisches NF-Rauschen, z.B. von ca. 5—15 Hertz, aus dem vom Leistungsdetektor A abgegebenen Signal aus. Zu diesem Zweck enthält die Sperrschaltung B ein

Bandfilter, einen Einpegelungskreis und einen Phasenunikehrkreis, so daß das Ausgjngssignal die Funktion

f(t) = P- a sin ω/

besitzt.

Üblicherweise ist die Beziehung zwischen Leistung P und Zeit / durch eine gezahnte Kurve darzustellen, wie sie in Fig.2 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß der Leistungskurve ein periodisches Rauschen überlagert ist Durch die Sparschaltung soll eine geglättete Kurve für das Sollwertsignal f(t) nach F i g. 3 erzeugt werden.

Im allgemeinen läßt sich die Leistung P durch folgende Gleichung ausdrücken:

1) p = f(t)+ asintüi
(wobei a ein Koeffizient ist).

Aus dieser Gleichung läßt sich ableiten:

2) f(t) = P - a sin ωί

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Aus der Gleichung 2) ergibt sich, daß das Sollwertsignal f(t) durch Erzeugen eines Signals - a sin ω/ erhältlich ist, welches in einem Summierkreis der Leistung ^hinzuzufügen ist.

Fig.4 zeigt ein Blcckschaltschema der Sperrschaltung 8 für periodisches N F- Rauschen. Diese Sperrschaltung besteht aus Bandfiltern G und H, einem Einpegelungskreis /, einem Phasenumkehrkreis / und einem Summierkreis K, L, yVund Osind Durchlaßpunkte jo für die Leistung P und die Signalwelle, d. h. die Signalwelle wird durch die Bandfilter G und H geschickt, so daß sie mit a sin ωί phasengleich ist, und wird dann dem Einpegelungskreis / zugeführt, dessen Wert R 2 so eingestellt wird, daß er am Punkt N als « a sin OJi erscheint, dessen Phase dann durch den Phasenumkehrkreis /umgekehrt wird, so daß am Punkt O die Beziehung — a sin ω/ gegeben ist. Schließlich werden die Leistung P und die durch den Punkt O gewanderte Signalwelle — a sin ωί im Summierkreis K w addiert, so d&3 sich das Sollwertsignal f(t) ergibt. In den Bandfiltern C und H werden außerdem die Kapazität C und der Wert Rderart eingestellt, daß CR= 1 ist.

Die Speicherschaltung C setzt aufgrund eines von außen kommenden Signals den der Leistung bzw. dem Strom des zugehörigen elektrischen Hauptantriebsmotors entsprechenden Leerlauf- oder Ί eilbelastungswert fest und speichert diesen Signalwert über eine erforderliche Zeitdauer. Die Dämpfungsschaltung D vermindert einen der Leistungsaufnahme bzw. dem Strom des Motors entsprechenden Wert mit einem Dämpfungsfaktor O < k < 1 und erzeugt einen Ausgang, der dem Vergleicher b als Eingang zugeführt wird.

Der Vergleicher E vergleicht die von der Speicherschaltung C und von der Dämpfungsschaltung D erhaltenen Eingangssignale und erzeugt ein Ausgangssignal, sobald das von der Dämpfungsschaltung D erhaltene Eingangssignal größer ist als das von der Speicherschaltung C kommende Eingangssignal. Der das Ausgangssignal abgebende Ausgang in Fig. I ist mit Ausgang 1 bezeichnet.

Die die anormale Überlastung erfassende Schaltung F erzeugt ein Ausgangssignal, sobald ein der Leistungsaufnahme des Elektromotors entsprechender Wert infolge eines Fehlers oder einer Panne einen vorbestimmten (veränderlichen) Wert übersteigt. Dieser Ausgang ist in F i g. I mit Ausgang 2 bezeichnet.

Die Wirkungsweise der einzelnen Schaltungsstufen wird nun der Reihe nach beschrieben. Zunächst wird die Leistungserfassung beschrieben, wobei sich die Stromerfassung analog vorstellen läßt.

Der Leistungsdetektor A gibt eine mit der Leistung des überwachten, antreibenden elektrischen Motors schwankende Spannung ab. Das erhaltene schwankende Spannungssignal wird über die Dämpfungsschaltung D auf einen geeigneten Wert im Bereich 0<Är< 1 gemindert und dann dem Vergleicher £ zugeführt.

Die Speicherschaltung C setzt für das vorgenannte Spannungssignal einen Leerlaufwert oder einen Teilbelastungswert aufgrund eines von außen erhaltenen Eingangssignals fest, und dieser Wert wird an den anderen Eingang des Vergleichers Egelegt und mit dem von der Dämpfungsschaltung D erhaltenen Eingangswert verglichen. Sobald der von der Dämpfungsschaltung D erhaltene Eingangswert größer wird als der von der Speicherschaltung C gelieferte Wert, wird am Ausgang 1 ein Ausgangssignal erzeugt, das einem elektrisch gesteuerten Drehzahlregler für den Vorschubantrieb zugeführt wird, dessen Geschwindigkeit dann entsprechend der erfolgten Beseitigung des Zustellspaltes — d. h. der Anlage von Werkzeug und Werkstück — von Eilgeschwindigkeit auf Arbeitsvorschubgeschwindigkeit reduziert wird.

Sobald das vom Leistungsdetektor A erhaltene schwanKende Spannungssignal den durch den gesetzten Überlastungswert de,- die anormale Überlastung erfassenden Schaltung Fübersteigt, wird ein Ausgangssignal am Ausgang 2 erzeugt, welches ein Abschalten der Maschine bewirkt, um so einen Maschinenschaden zu verhindern und die Bedienungsperson zu schützen.

Wie ersichtlich, sind eine Bandfilterschaltung, ein Einpegelungskreis und ein Phasenumkehrkreis vorgesehen, um die Beziehung

f(t)=P—as'm ωί

zu erfüllen, wobei das Ausgangssignal
f(t)+ a sin ωί

eines Leistungsdetektors mit der Leistung P in einer Sparschaltung für periodisches NF-Rauschen summiert wird und dadurch in ein Ausgangssignal f(t) umgewandelt wird. Ein Ausgangssignal /j%) bei Leerlauf oder Teilbelastung des elektrischen Antriebsmotors wird in der Speicherschaltung C gespeichert, während ein Vollastausgangssignal durch die Dämpfungsschaltung in kf(t)umgewandelt wird.

Da das am Ausgang 1 des Vergleichers fabgegebene Differenzsignal als erstes Eingangssignal dient und von einer einen anormalen Überlastungswert erfassenden Schaltung mit veränderlicher Pegeleinstellung ein anormales Überlastungssignal am Ausgang 2 als zweites Eingangssignal erhältlich ist, wird bei Maschinen, die unter Anlage zwischen Werkstück und Werkzeug arbeiten, wie dies ?.. B. beim Fräsen und Schleifen der Fall ist, eine Eilzustellung des Werkstücks bis in die Anlage an das Werkzeug ermöglicht, wobei die sich ändernde Leistung oder der sich ändernde Strom bei erfolgender Anlag, augenblicklich erfaßt und ein Signal erzeugt wird. Damit gestattet die Anordnung die Beseitigung von Totzeiten, die sich bei Drehzahländerung der Maschine auf einen für eine bestimmte Arbeit erforderlichen Wert dadurch ergeben können, daß sich bei großen Werkstücken mit erheblichen Größenabweichungen die Position eines Lageristwertgebers für die Drehzahländerung auf die größte Werkstückdimension bezieht. Gleichzeitig werden sowohl Maschinenschäden

vermieden als auch die Bedienungsperson geschützt, da ein /weites Ausgangssignal erhältlich ist. das sogar eine momentane und verhältnismäßig geringe überlastung anzeigt.

Die Sperrschaltung Ii für das periodische Kauschen verhindert ein zeitliches Nacheilen, das sich mit den allgemein üblichen Filtern ergeben würde und schließt ein sich sonst ergebendes periodisches Rauschen aus. so daß ein äußerst exaktes, gleichbleibendes Leistungs- und .Stromsignal erhältlich ist.

Die F.rmittlung des Wertes, um welchen der Ausgang des Leistungsdetektors A oder des Stromdetektors vom Bezugswert abweicht, beruht nicht auf einer einfachen Differenzbildung, und die Rückwirkung von Netzspannungsschwankungen lassen sich auf ein Minimum herabsetzen, da durch die Dämpfungsschaltiing D Verhältniswerte gesetzt werden, wobei berücksichtigt wird, daß die Netzspannungswerte überall relativ in Grenzen schwanken.

Dank der die anormale Überlastung erfassenden Schaltung / sind Fxakthcit und Ansprechempfindlichkeit höher als bei üblichen I Ibcrlastrelais, wodurch sich ein weiter Finstellungsbercich ergibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Steuerungsvorrichtung für die Vorschubbewegung von Werkzeug oder Werkstück an Werkzeugmaschinen mit einem dem elektrischen Antriebsmotor (Hauptmotor) zugeordneten Leistungs- bzw. Stromdetektor, mit einem Speicher für die bei Leerlauf bzw. Teillast des Antriebsmotors (Hauptmotors) vom Detektor abgegebene Signalspannung und mit einem Vergleicher, durch den die beim Betrieb der Werkzeugmaschine auftretende momentane Signalspannung des Detektors mit der gespeicherten Signalspannung vergleichbar ist, wobei durch die sich ergebende Differenzspannung der Vorschubantrieb steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (A) eine Sperrstufe (B) für Rauschsignalanteile nachgeschaltet ist, die eine Reihenschaltung aus einer Bandfilterschaltung (G, H), einem Einpegelungskreis (I) und einem Phasenumkehrkreis (J) aufweist, dessen Ausgangssigna! dem momentanen Detcktcrsigna! in einem Summierkreis (K) hinzufügbar ist, dessen Ausgangssignal einer Dämpfungsschaltung (D) zuführbar und dort in ein einen proportionalen Wert aufweisendes Ausgangssignal umwandelbar ist, das einem Eingang des Vergleichers ff^iuleitbar ist.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sperrstufe (B) für Rauschsignalanteile eine Überlaststufe (F) angeschlossen ist, an deren Ausgang (2) bei Überlastung ι·;η Abschaltsignal für die Werkzeugmaschine auftritt.