DE2626270A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der vibrationsbeanspruchung bei maschineller werkstueckbearbeitung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung der vibrationsbeanspruchung bei maschineller werkstueckbearbeitung

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DE2626270A1
DE2626270A1 DE19762626270 DE2626270A DE2626270A1 DE 2626270 A1 DE2626270 A1 DE 2626270A1 DE 19762626270 DE19762626270 DE 19762626270 DE 2626270 A DE2626270 A DE 2626270A DE 2626270 A1 DE2626270 A1 DE 2626270A1
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machining
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Richard Grant Klein
Kenneth Carl Maddux
Chester Lee Nachtigal
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Purdue Research Foundation
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Description

  • Verfanren und Vorrichtung zar Steuerung der Vibrationsbeanspruchung bei @as@nineller Werkstückbearbeitung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stederung der Vibrationsbeanspruchung bei der maschinellen Bearbeitung von Werkstücken, die insbesondere in Abhängigkeit von Änderungen der statischen und dynamischen eigenschaften von Maseine und Werkstdck kontinuierlich arbeiten.
  • Beim Betrieb von Drehbänken, Anordnungen mit Bohrstangen, Schleifmaschinen, Bohrmaschinen, Räummaschinen usw. ist es wänschenswert, daß das Maschinenwerkzeug mit der höchst-möglichen Bearbeitungsgeschwindigkeit arbeitet. lDas bedeutet, daß uas Werkzeug mit der höchst-möglichen Geschwindigkeit in das Werkstück hinein bewegt werden gauß, um von dort Material abzatragen, weswegen die höchstmögliche Bearbeitungskraft zur Anwendung kommen muß. In der Praxis fahrt die Anwendung einer relativ großen Bearbeitungskraft jedoch mit großer Wahrscheinlichkeit zum Entstehen von beträchtlichen schwingangsbewegungen, die an der Berührungsfläche zwischen Werkzeug und Werkstück auftreten. Diese Vibrationskräfte naben eine Reihe von Ursachen und beeinträchtigen eine einwandfreie Maschinenbearbeitung beträchtlich. Hinzu kommt, daß diese vibrationskräßte oft mechanisch verstärkt werden, um Beansprachungen in Fo eines selbsterregenden Schlagen zu verursachen. Als einige beispiele für die Örsachen solcher Vibrationen seien eine nicht zentrierte Befestigung des Werkstückes in der Maschine, eine Unwucht des Werkstückes oder eine unregelmäßige Oberflächenkonfiguration bzw. diskontinuierliche harte und weiche Oberflächenbereiche des Werkstückes genannt.
  • Beträchtliche Vibrationskräfte können auch dann auftreten, wenn die Resonanzfrequenz entweder des daschinenrahmens oder des Werkstückes erreicht ist. s handelt sich hierbei um ein schwerwiejendes Problesn, insbesondere da die Resonanzfrequenz eines Werkstückes sich mit dessen Bearbeitung kontinuierlich ändert.
  • Hinzu kommt, daß die Resonanzfrequenz eines Werkstückes auch von dem Mechanischen Federwiderstand des Werkstackes abhängig ist, der sich längs der Werkstückausdehnung ändert. Wenn z.E.
  • eine Drehbank dazu verwendet wird, material von der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes abzutragen, nimmt die Lageabweichung des zylinders in Abhängigkeit von der aufgebrachten Bearbeitungskraft von den abgestützten Enden des Werkstückes zu dessen Mitte hin kontinuierlich zu. Diese Lageabweichung ist ein iaß für den mechanischen Federwiderstand des Werkstückes.
  • Alle diese Ursachen für Vibrationen können zu unerwünschten und nicht gleichfönnüjen Abweichungen des vorgeschriebenen Weges des Bearbeitungswerkzeug in Bezug auf die Werkstückoberfläche führen. d.h., daß das Auftreten solcher Vibrationskräfte die Ursache nicht gleichförmiger relativer Bewegungen zwischen Werkstück und Bearbeitungswerkzeug an deren Berührungsfläche ist, mit dem Ergebnis, daß durch das Werkzeug nicht gleichförmige Kräfte auf das Werkstäck übertragen werden.
  • Natürlich hat das Vorhandensein solcher nicht gleichförmiger Bearbeitunjskräfte zur Folge, daß durch das Werkzeug in unerwünschter Weise eine nicht gleichförmige Werkstückoberfläche erzeugt wird.
  • Es sind schon eine Reihe von Verfahren n Vorrichtungen zur Anwendung gekommen, um das Auftreten dieser unerwünschten Vibrationen oder Schläge an der Berührungsfläche zwischen Werkzeug und Werkstück einzudämmen bzw. völlig zu ver.nei;-icn. Eines dieser Verfahren besteht einfach darin, die Bearbeitungsrate, mit der Material vom Werkstück abgetragen wird, zu verringern. Ein anderes Verfahren besteht darin, letallplatten bzw. "Klemmblöcke" an geeignet gewahlten Stellen des Maschinenrahmens zu befestigen, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert ist, daß i.n Betrieb der Maschine die Resonanzfrequenz des 4aschinenrah£iens erreicht wird. Das erstgenannte Verfahren verringert in unerwünschter Weise die Ausstoßrate der Maschine, das letztgenannte Verfahren berücksichtigt solche Vibrationen nicht, die durch Erreichen der Pxesonanzfrequenz des Werkstückes zustandekommen.
  • Lin komplexer es Verfahren zur Vermeidung von Vibrationen zwischen Werkstück und Werkzeug ist in dem US-Patent 3 754 487 beschrieben.
  • Dieses Verfahren macht von einer Steuereinrichtung Gebrauch, die ein direkt ermitteltes und durch einen mit dem Werkzeug in Verbindung stehenden Umsetzer erzeugtes Bearbeitungskraftsignal beeinflußt. Die Steuervorrichtung spricht auf das Dearbeitungskraftsignal und auf Werkzeug- ein die Stellung anzeigendes Signal an, um ein Steuersignal zu erzeugen, das die geeignete und direkte Einstellung der Werkzeugstellung in der Weise beeinflußt, daß Änderungen der Bearbeitungskraft kompensiert werden. Bei diesem Verfahren bzw. der dementsprechenden Vorrichtung muß also eine direkte Kraftmessung und eine direkte Kraftkompensation vorgenommen werden. Dies ist jedoch bei vielen Arten von iflaschinenwerkzeugbearbeitung wegen der Schwierigkeiten bei der messung der Bearbeitungskraft direkt am Werkzeug nicht gut praktikabel. Hinzu kommt, daß dieses Verfahren und die entsprechende Vorrichtung nicht in der Lage sind, L.nderungen der statischen und dynamischen Eigenschaften von Werkstück und/oder Werkzeug oder des Maschinenrahmens während der -ia schinenb earb eitung zu ber icksichtigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein automatisch arbeitendes Verfahren und eine Anordnung zur Durchfiihrung desselben anzugeben, die unerwünschte Vibrationen bei einer Maschinenwerkzeugbearbeitung in der Weise beeinflussen, daß sie kontinuierlich sowohl auf die aufgebrachte Bearbeitungskraft als auch auf die Änderungen der statischen und dynamischen Eigenschaften des Maschinenrahrnens und des Werkstückes in der Weise ansprechen, daß mit der maximalen b'earbeitungsgeschwindigkeit gearbeitet werden kann. lurch ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung soll der Bearbeitungsprozeß dauernd mit optimalem Wirkungsgrad ablaufen können, bei gleichzeitiger Erzielung einer besser bearbeiteten Werkstückoberfläche, einer Verringerung der Maschinengeräusche, einer Verlängerung der Lebensdauer von Werkzeug und Maschine und einer Verbesserung der Maßhaltigkeit aufeinanderfolgend bearbeiteter llerkstücke.
  • Bei einer Vorrichtung zur Steuerung einer maschinellen Bearbeitung, bei der ein Werkstick und ein Maschinenwerkzeug an eine :-laschinenrahmen befestigt sind, wobei entweder das Werkstück oder das Werkzeug gegenüber dem j jeweils anderen Element bewegbar ist, um von dem Werkstück/Material abtragen zu können, wird diese Aufgabe durch die in Kennzeichen des Iiauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
  • Es wird dementsprechend durch erste signalerzeugende mittel, die mit dem Maschinenrahmen an einer von der Ber; rungsflac le zwischen Werkstück und Werkzeug beabstandeten Stelle ungeordnet sind, die reflektierte Bearbeitungskraft gemessen und ein dementsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Da die gemessene Kraft über den Maschine rahmen reflektiert wird, ändert sich dieses Signal automatisch aufgrund von Änderungen der statischen und dynamischen Eigenschaften des Maschinenrah@ens. Die Beschlounigung entweder des Bearbeitungswerkzeuges oder des Werkstückes wird darch zweite signalerzeugende Mittel kontinuierlich ernittelt, wobei diese Mittel ein elektrisches Signal erzeugen, das nach Integration ein -laß für die augenblickliche Lageabweichung z.--. des h;'.rkzeuges ist. Das erste und das zweite Signal werden einem Werkstück-Bewegungssynthesekreis zugeführt, der die @ageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von der aufgebrachten bearbeitungskraft elektronisch ermittelt. Dies bedeutet genauer jesagt, das die Parameter des Synthesekreises kontinuierlich angepaßt werden, um Änderungen der statischen und dynamischen Eigenschaften von Werkstück und Maschinenrahmen beim Abtragen von Material vom Werkstück kontinuierlich zu kompensieren. Das der errechneten Lageverändrung des Werkstückes entsprechende Ergebenissignal wird mit dem die tatsächliche bageveränderung des Werkzeuges anzeigenden Signal verglichen. Die Differenz zwischen den beiden Signalen zeigt das Vorhandensein unerwünschter Vibrationskräfte bzw. eines Schlagens an der Berährungsfläche zwischen Werkzeug una Werkstück an.
  • Die Differenz zwischen den beiden verglichenen Signalen wird dazu verwendet ein Fehlersignal zu erzeugen, das eine Kompensationskrafteinrichtung in Gang Setzt und steuert. Die Kompensationskrafteinrichtung erzeugt mechanisch Kompensationskräfte einer bestimmten Amplitude und Frequenz, die auf den Maschinenrah@en wirken, um die aufgebrachte Bearbeitungskraft zu ergcinzen, wobei die Lageveränderung des Werkzeuges so eingestellt wird, daß Vibrationskräfte eliminiert werden. Wichtig ist es, daß Kompensationskraftsynthesekreise vorhanden sind, lie Signale erzeugen, durch die die Wirkungen der Kompensationskräfte direkt auf das Ausgangssignal der ersten signalerzeugenden Mittel und auf die Lage veränderung des Werkstückes simuliert werden. Diese Signale werden dazu verwendet, sicherzustellen, daß das Ausgangssignal des Werkstückbewegungssynthesekreises immer der gesamten errechneten Lageveränderung des Werkstückes entspricht. Damit führt das Wirken der Ko;npensationskräfte dazu, daß das die Lageveränderung des Werkzeuges anzeigende Signal der errechneten Lageveränderung des Werkstückes folgt, wodurch das Fehlersignal zu Null wird und Vibrationen elilliniert werden.
  • {acnstehend wird die Erfindung unter Bezlgnahlae auf die Zeichnung näher erläutert. In der zeichnung zeigen: Fig. 1 die schematische ansicht einer Rundschleifmaschine, in der nach die Lage der erfindungsgemäß verwendeten, ersten signalerzeugenden Mittel veranschaulicht ist, Fig. 2 die schenutische Draufsicht auf die Schleifmaschine gemäß Fig. 1, Fig. 3 ein blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 4 eine schematische Darstellung, die der Erlälterung der Bestiiamung des mechanischen Federwiderstandes eines Werkstückes dient, Fig. 5 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Federwiderstand eines Werkstückes und dem Ausgangssignal eines nicht linearen Funktionsgenerators bei Anliegen einer spezifischen Eingangsgröße, Fig. 6 ein Blockschaltbild des Werkstückbewegungssynthesekreises, Fig. 7 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform des Betätijungskraftsynthesekreises, Fig. t3 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform des Betätigungsbewegungssynthesekreises, Fig. 9 ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform von -litteln zur Anzeige der Bearbeitungskraft, Fig. 10 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, zur Veranschaulichung der Anwendung der Erfindung im Zusaemenhang mit einer Bohrstange.
  • Die Erfindung betrifft, wie erwähnt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beeinflussen unerwünschter Vibrationen bei der maschinellen Maschinenwerkzeugbearbeitung, Ub licherweise greift bei einer derartigen Bearbeitung ein iaschinenwerkzeug an der Oberfläche eines Werkstückes an, um von dort Material abziitragen.
  • Während eines derartigen Angriffes an einem T;erkstück können unerwünschte Vibrationskräfte aus einer Anzahl von Gränden entstehen, von den einige darin liegen, daß das Werkstück unrund ist oder eine unregelmäßige Oberfläche hat, oder daß die Resonanzfrequenz des l-1aschinenrahmens oder des Werkstückes erreicht wird. Alle diese Ursachen für Vibrationen führen zu Vibrationsbeanspruchungen in Form eines Schlagens, die oft noch mechanisch verstcirkt werden, so daß es zu einem selbsterregten Schlagen kommen kann. Derartige Auswirkungen beeinflussen selbstverständlich die Oberfläche der endbearbeiteten Werkstücke und führen zu Iaßabweichungen zwischen Werkstücken, die nacheinander bearbeitet worden sind.
  • In den Figuren 1 und 2 ist die Erfindung im Zus&mmenhang mit der Beeinflussung der Vibrationsbeanspruchung bei einer speziellen Maschinenarbeit, nämlich in Zusanmenhang mit einer Rundschleifmaschine erläutert. Selbstverständlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Maschinen-arbeiten Anwendung finden, durch die unter Anwendung eines Schneidewerkzeugs Material von einem Werkstück entfernt wird.
  • Die dargestellte Rundschleifmaschine weist einen Rahmen 1o auf, der an einer horizontal verlaufenden Achse 29 schwenkbar befestigt ist. Die Enden der Achse 29 werden von jeweils an einer Seite des Maschinenfußes 30 befindlichen Auflagern 11 aufgenommen. Der Rahmen 10 trägt eine Schleifradanordnung 13, in der das Schleifrad 12 um eine zentrische Achse drehbar gelagert ist. Die Schleifradanordnung 13 wird steuerbar von geeigneten, nicht dargestellten Antriebsmitteln einer horizontalen Achse 15 entlang bewegt, deren Enden von an dem Rahmen befindlichen Auflagern 17 aufgenonmen werden.
  • Es sind außerdem geeignete Antriebsmittel vorhanden, die das Schleifrad um seine Achse herum in eine Drehbewegung geeigneter Geschwindigkeit versetzen, aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese Antriebsmittel in der Figur jedoch nicht dargestellt.
  • Das Schleifrad 12 kann an der Außenfläche eines zylindrischen Werkstückes 14 zum Angriff gebracht werden. Wie dargestellt ist das Werkstück um seine Mittelachse herum drehbeweglich zwischen einem Paar von Auflagern 16 befestigt, die von dem Maschinenfuß 30 aus nach oben verlaufen. Es sind AntrieSszittel vorgesehen, die das Werkstück steuerbar während des Maschinenbetrieb-s und seine Mittelachse herum bewegen, wobei die Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges gewöhnlich sich von derjenigen des Schleifrades unterscheidet. Die mittel, die diese Drehbewegung des Werkstückes verursachen, sind jedoch ebenfalls aus Grinden der übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellt.
  • it dem IaschinenfuB 30 und dem unteren Teil des Rahmens 1o ist mit hilfe eines Schaftes 43 ein Radbetätigungsorgan 42 mechanisch verbunden. Dieses Organ besteht in typischen Aufbau aus einem hydraulisch betätigten kolben oder aus einer Schraubvorrichtung und dient dazu, den Rahmen 1o mechanisch in Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 29 herum um eine entsprechende Strecke zu verschwenken, wodurch das Schleifrad 12 an den. Werkstück schleifend zur Anlage korruat. Als Ergebnis dieser Bewegung wird durch das Schleifrad eine entsprechende Schleifkraft auf das Werkstück ausgeübt und de,.1entsr)rechend wird auf das Schleifrad eine gleiche und entgegengesetzte Kraft durch das Werkstück ausgeübt. Die Größe dieser gleichgroßen und entgegengesetzt gerichteten kräfte hängt von der Strecke ab, um die das Schleifrad in das Werkstück bei dessen Bearbeitung eingesenkt wird, wie auch von den Drehbewegungen von Schleifrad und v1erkstück. Diese Kräfte werden durch das Schleifrad und das Werkstück sowie durch deren entsprechende Halteorgane reflektiert.
  • fern das Schleifrad von dem Werkstück/Material abträgt, kommt es zu verschiedenen relativen Bewegungen zwischen dem Schleifrad und dem Werkstück an deren Berührungsfläche. Eine dieser relativen Bewegungen ist die Drehbewegung von Schleifrad und Werkstück durch ihre horizontale Berührungslinie. Eine andere relative Bewegung besteht in den Längsüberstreichen ues Werkstückes durch das Schleifrad während der VerschiehancJ der Schleifradanordnung 13 längs der horizontalen Achse 15. -och eine andere relative Leweq-ng ist die bewegung des Schleifrades in das Werkstück hinein, wenn es von diesem Material abträgt. Bei der üblichen Maschinenwerkzeugarbeit sind diese relativen Bewegungen zwischen Rad und Werkstück im wesentlichen gleichförmige Bewegungen, die daher nicht zu dein entstehen einer beträchtlichen Vibrationsbeeinfiussunj führen. Eine andere relative Bewegung jedoch ist die nicht gleichförmige Bewegung des Schleifrades in das Werkst-iicl-; hinein bzw. von diesem weg, und diese relative Bewegung führt zu einer Vibrationsbeanspruchung. D.h., wenn die gedachten Bezugslinien 18 und 20 in Fig. 1, die vertikal durch die Mittelpunkte des Schleifrades und des Werkstückes verlaufen, es zu einer Vibrationsbeanspruchung immer dann konat, wenn der Abstand zwischen diesen Linien 18 und 20 sich unregelmäßig ändert. In Umkehrung hierzu bedeutet dies, daß eine Vibrationsbeanspruchung dann nicht vorhanden ist, wenn der Abstand zwischen den Bezugslinie 18 und 20 konstant bleibt oder sich mit einer konstanten Geschwindigkeit ändert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zu deren Durch führung, durch die Vibrationsbeanspruchungen angezeigt und kompensiert werden, lassen sich ain besten unter Bezugnahme auf das Blockfunktionsbild gemäß Fig. 3 und auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Itundschleifiaaschine verstehen. In der Fig. 3 sind die mechanischen Bestandteile und Funktionen von den elektronischen Bestandteilen durch eine gestrichelte Linie 40 getrennt. Wie obenstehend beschrieben, bewegt das Radbetätigungsorgan 42 den Maschinenrahmen 10 mechanisch um die Schwenkachse 29 herum, wodurch das Schleifrad 12 am Werkstück 14 zur Anlage gebracht wird, um hiervon Material abzutragen. Bei einem solchen Angriff entstehen gleich große entgegengesetzte Kräfte an der Berührungsstelle zwischen dem Rad und dem Werkstück. D.h., daß das Rad eine Bearbeitungskraft auf das Werkstück ausübt, die durch dieses und die zugeordneten Auflager weitergeleitet wird. In entsprechender Weise übt das Werkstück eine gleich große und entgegengesetzte Kraft auf das Schleifrad aus, die über dieses auf den taschinenrahmen wirkt.
  • Bei den meisten Maschinenwerkzeugoperationen ist eine direkte Messung der Bearbeitungskraft an der Berührungsfläche zwischen Rad und Werkstück unlöglich. Bei dem erfindungsgeniäßen Steuerungssystem ist daher ein Umsetzer 22, beispielsweise ein Dehnungsmesser am Maschinenrahmen lo befestigt, und zwar zwischen diesem und dem Radbetätigungsorgan 42. Dieser Umsetzer bzw. Ixraftdetektor, zei'jt die Wirkungen der Kraft an, die während des 'laschinenbetriebs auf das Schleifrad ausgeübt und durch den Maschinenrahmen reflektiert wird. Das bedeutet, daß die auf das Schleifrad ausgeübte Kraft den Maschinenrahmen, wie Fig. 1 zeigt, um die Schwenkachse 29 herum i:n Gegenuhrzeigersinn zu verschwenken versucht. Die Wirkung dieser Kraft wird durch den Umsetzer 22 angezeigt, der ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, 3a die auf das Schleifrad ausgeübte Kraft der auf aas tSerkstüsk wirkenden Bearbeitungskraft in ihrer Größe gleicht, ist das elektrische Ausgangssignal des Umsetzers 22 auch ein Maß für diese Bearbeitungskraft. Das Ausgangssignal des Umsetzers ist jedoch der Bearbeitungskraft nicht direkt proportional, da die angezeigte Kraft durch die statischen und dynamischen Eigenschaften des Schleifrades 12 und des Maschinenrahmens 1o bei der Reflektion der Kraft durch diese geändert wird.
  • Zu solchen dynainischen Eigenschaften gehören z.B. die snechanische Stelle, der Dämpfungsfaktor und die Eigenfrequenz. Wegen dieser ebjentümlichen Kraftänderung ist die spezielle Anordnung des Umsetzers 22 auf den Rahraen lediglich eine Frage der Zweckiäßigkeit.
  • Wie die Fig. 1 zeigt, ist der Umsetzer 22 jedoch um eine Strecke von der Schwenkachse beabstandet angeordnet, die eine maximale Nnpfindlichkeit des Umsetzers gewährleistet.
  • Die in Fig. 3 veranschaulicht, wird die auf das Werkstück an der Berührungsfläche Schlei'rad/Werkstück 48 wirkende Bearbeitungskraft über die Werkstückauflagerl6 an den Maschinenfuß 3c übertragen. In gewissem Auslaß wird diese Kraft außerdem auf den Maschinenrahmen 1o reflektiert, wodurch die Größe des Ausgangssignals des Umsetzers 22 in gewissem Umfang verändert wird. In den meisten Stadien des .Ilaschinenbetriebs ist jedoch die Beeinflussung der Ausgangsgröße des Umsetzers durch die Eearbeitungskraft im wesentlichen vernachlässigbar. Es kann daher bn Zusa1imenhang mit dem vorliegenuen Ausführungsbeispiel der Erfindung zuverlässig davon ausgegangen werden, daß das Ausgangssignal des Umsetzers 22 ein Maß für die auf das erkstck wirkende Bearbeitungskraft ist, die in ihrer Größe von den statischen und dynamischen Eigenschaften des Schleifrades 12 und des '{aschinenrahrlens 1o abhängt. Das erwähnte Ausgangssignal wird einem Suzmierglied 54 zugeführt, dessen Zweck weiter unten erläutert wird, und gelangt von dort weiter an einen Werkstückbewegungssynthesekreis 5.
  • An der Schleifradanordnung 13 ist ein Beschleunigungsmesser 28 befestigt, der ein elektrisches Signal liefert, das der augenblicklichen horizontalen Geschwindigkeit entspricht, mit der die Anordnung auf das Werkstück zu bzw. von diesem wegbewegt wird. Dieses Signal ist wegen der festen relativen Lage des Schleifrades 12 zur schleif radanordnung 13 auch für die augenblickliche horizontale Geschwindigkeit des Schleifrades auf das Werkstück zu bzw. von diesem hinweg repräsentativ. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wird einem Bewegungsabweichungskreis 61 zugeführt, s. das Blockschaltbild gemäß Fig. 3, der eine Doppelintegration durcfürt, wodurch ein elektrisches Ausgangssignal erhalten wird, das dauernd die augenblickliche horizontale Lageveränderung des Schleifrades in Richtung zum Werkstück bzw. vom Werkstück weg angibt. Das bedeutet, weiter, daß dann, wenn Vibrationen auftreten, jede nicht gleichförmige, hier-durch bedingte Lageveränderung des Schleifrades in horizontaler Richtung durch das Ausgangssignal des Abweichungskreises 61 angezeigt wird.
  • Der besondre Aufbau des Bewegungsabweichungskreises kann ein beliebiger für die Doppelintegration des Ausgangssignals des Beschleunigungsmessers 28 geeigneter Aufbau sein. Es ist zwar einem üblichen Analogintegrator der Vorzug zu geben, da solche Schaltkreise jedoch zum Stand der Technik gehören, sind sie hier nicht dargestellt.
  • Wie vorstehend angegeben, dringt das Schleifrad 12 nicht nur in das Werkstück ein, u;n von diesem Material abzutragen, es wird vielmehr auch in Querrichtung längs des Werkstückes 14 bewegt, so daß die gesamte Werkstücklänge eine Bearbeitung erfährt. Miermit wandert die Stelle, an der die Bearbeitungskraft auf das Werkstück einwirkt, während einer Querbewegung des Schleifrades der Werkstücklängsachse entlang. Dieses Wandern des Angriffspanktes der Bearbeitungskraft stellt ein besonders schwieriges Problem in Betrieb der Maschine dar, da der Federwiderstand des Werkstückes sic) langs dessen Länge verändert. Das bedeutet, daß die Auslenkun des Werkstückes aufgrund der aufgebrachten Bearbeitungskraft von den abgestützten Wenkstückenden zu der Werkstückmitte hin größer wird. Dieser Fedefaktor muß für eine wirksame Steuerung der Vibrationsbeeinflussung in Betracht yezonen werden.
  • Um die Änderungen des Federwiderstandes eines Werkstückes berücksichtigen zu können, ist es zunächst erforderlich, diesen Federwiderstand zu bestimmen. Das geschieht, wie in Fig. 4 dargestellt ist, dadurch, daß das Werkstück mittig mit Hilfe der Auflager 16 abgestützt wird, und daß man eine Testkraft an einer Mehrzahl von Stellen auf das Werkstück wirken läßt, die von den abgestützten Enden um die Strecke z beabstandet sind. Indem man nun mit einem geeigneten Gerät die Auslenkung xt der Mittelachse 19 des Werkstäckes in Abnängigkeit von der aufgebrachten Testkraft ft bestimmt, läßt sich der Federwiderstand errechnen. Dieser Federwiderstand beträgt an jeden Punkt, an dem die Testkraft wirkt, den Quotienten aus Auslenkung und aufgebrachter Testkraft (xt/ft) . Der Federwbderstand kann als Funktion des Abstands z aufgetragen werden, wie dies in Fig. 5 geschehen ist. -Ian sieht, daß der Wert des Federwiderstandes (xt/ft) eine nicht lineare Funktion des Abstandes z darstellt. Die in Fig. 5 gezeigte Kurve des Federwiderstandes kann alternativ auch durch eine übliche Analyse der statisch wirkennen Kräfte mathematisch angenähert werden, wenn die Werkstückdimensionen bekannt sind.
  • Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, erfolgt eine Messung der Lage des Schleifrades 1 2 längs des Werkstücks 1 1 Damit Iiilfe eines Potentioneters 59, das auf der Schleifradanordnung 13 befestigt ist. Dieses Potentiometer ist üblicherweise so angebracht, daß es einen nicht darjestellten Schleifer bewegt, der den durch es fließenden Gleichstro @ linear entsprechend dem Abstand des Schleifrades von eines abgestützten Ende des Werkstückes 14 verändert. as bedeutet, daß das Potentiometer 59 die Lage des Schleifrades links des Werkstücks angibt und dabei ein linear veränderliches Signal liefert, das ein zwar für den Abstand z ist, in den entlang der Längsausdehnung des Werkstückes aie ßearbeitungskraft auf das Werkstück wirkt.
  • Das lineare Potentiometer 59 erzeugt also ein elektrisches Ausganqssignal ez, das den Ort des Angriffs der Bearbeitungskraft an dem Werkstück anzeigt. Dieses Ausgangssignal ez wird als Eingangssignal für einen nicht-linearen Funktionsgenerator 60 verwendet, der daraufhin ein nicht-lineares Ausgangssignal ec liefert, das in seinem Verlauf demjenigen des Federwiderstandes gemäß Fig.5 entspricht und dabei den Federwiderstand zu jedem zeitpunkt während des Betriebs der Maschine angibt. .)er nicht-lineare Funktionsgenerator ist in an sich bekannter Weise aufgebaut, beispielsweise als Diodenfunktionsgenerator.
  • Es ist hierbei lediglich erforderlich, daß er in der Lage ist, ein Ausgangssignal ec zu erzeugen, das von dem linear verändern lichen Signal e des linearen potentirnieters 59 abhängt und einen Kurvenverlauf aufweist, der demjenigen des Federwiderstands gemäß Fig. 5 entspricht. Da nicht-lineare Funktionsgeneratoren Stand der Technik sind und da die Werte der Signale ec und c, z für jeden Typ von Werkstück entweder experimentell oder mathematisch be-Stimmt werden nüssen, ist in der Zeichnung kein bestimmter Typ von Funktionsgenerator äanjestellt.
  • In Fig. G ist der Werkstückbewegungssynthesekreis 58 in Einzelheiten dargestellt. lan sieht, daß das elektrische Ausgangssignal des Summiergliedes 54, das ein aß für die von dem Umsetzer 22 angezeigte Bearbeitungskraft ist, einem Eingangsverstärker 70 zugeführt wird und das eine Eingangssignal eines Phasendiskriainators 74 darstellt. Das andere Eingangssignal des Phasendis-Krininators 74 wird von dera Bewegungsabweichungskreis 61 geliefert, dessen Ausgangssignal zu jedem Zeitpunkt während des aschinenbetriebes ein 1aß für die augenblickliche Abweichung des Schleifrades darstellt. Der Phasendiskri1ainator 74 vergleicht die Phasen der ihm vom Summierglied 54 und von dem Bewegungsabweichungskreis 61 zugeführten Signale und stellt deren Phasendifferenz fest.
  • Es hat sicn gezeigt, daß dann, wenn sich die Maschine in einem Zustand befinden soll, in der es zu keiner Vibrationsbeanspruchung Kommt, zwischen der auf das Werkstück wirkenden Bearbeitungskraft und der xaomentanen Lageabweichung des werkstückes aufgrund dieser BearbeltuIigskra£t ein Phasenunterschied von ungefähr 1 350 vorliegen muß. Und da dann keine Vibrationsbeanspruchung auftritt, wenn die Lajeabweichung des Schleifrades derjenigen des Werkstückes gleicht, hat sich gezeßgt, daß die Phase des von derj Bewegungsabweichungskreis 61 gelieferten, die Lageabweichung des Schleifrades anzeigenauen Signals sich von der Phase des die Bearbeitungskraft anzeigenden Signals ebenfalls um ungefähr 1350 unterscheiden uß. Es wird daher die Phasendifferenz zwischen dem die Bearbeitungskraft anzeigenden Signal und dem die Lageabweichung des Schleifrades anzeigenden Signal , die durch den Phasendiskriminator 74 ermittelt wiri, mit einem konstanten Bezugsphasenschiebesignal, das 1350 entspricht, verglichen. Immer dann, wenn das die Bearbeitungskraft anzeigende Signal und das die Lageabweichung des Schleifrades anzeigende Signal sich in ihrer Phase nicht um 1350 unterscheiden, kann angenommen werden, daß es zu einer Vibrationsbeanspruchung an der Berührungsfläche $Schleifrad/Werkstück kommt, in welchem Falle der Phasendiskrirninator 74 ein die Abweichung vom Phasenunterschied von 135 Oanzeigenden Signals an einen integrator 76 liefert.
  • Das von dem Surunierglied 54 gelieferte, die Bearbeitungskraft anzeigende Signal wird außerdem einem Hochpaßfilter 72 des Synthesekreises 5o zugeführt. Das Filter 72 dient dazu, statische oder mederfrequente Störungen des ankomenden, die Bearbeitungskraft anzeigenden Signals zu unterdrücken, so daß lediglich relativ hochfrequente Signale einem Begrenzer 78 zugeführt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Vibrationen eine relativ hohe Frequenz aufweisen. Die Charakteristik des Filters 72 wird so gewählt, daß nur dann ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn Vibrationen auftreten, so daß dieses Ausgangssignal tatsächlich das Auftreten solcher Vibrationen anzeigt. Der Begrenzer 48 setzt das relativ hochfrequente Filterausgangssignal in ein konstantes Cleichstromsignal derselben Amplitude um, das damit ein Maß für die Vibrationsbeanspruchung ist. Das Ausgangssignal des Begrenzers 78 wird einem Komparator 80 zugeführt, der die Amplitude des Gleichstrosignals mit einem konstanten Schwellwerteingangssignal 82 vergleicht. Damit wird sichergestellt, daß nur eine Vibrationsbeanspruchung bestimmter Größe angezeigt wird. Wenn das Beanspruchungssignal größer als das vorgegebene Schwellwertsignal ist, erzeugt der Vergleicher ein elektrisches Ausgangssignal, das dem Halteteil 84 des Abtast- und Halteintegrators 76 zugeführt wird. Dieses Ausgangssignal ermöglicht eine Integration des vom Phasendiskriminator 74 kommenden Signals, so daß das Ausgangssignal des Integrators 76 eine Sägezahnfunktion ist.
  • Diese Sägezahnfunktion ist sowohl von der Resonanzfrequenz des Werkstückes als auch von dessen Federwiderstand abhängig. Das Ausgangssignal des Integrators wird zwei Verstärkern 86 und 8S zugeführt, um die Parameterwerte des Hauptflußrechnerteils des Synthesekreises zu verändern, wie nachstehend noch erläutert werden wird.
  • Der Hauptflußrechnerteil des Werkstücksynthesekreises 58 wird dazu verwendet, einen Algorithmus zu lösen, der die Lageabweichung des Werkstäckes 14 in Abhängigkeit von ler aufgebrachten Bearbeitungskraft beschreibt. Dieser Algorithmus wird im allgemeinen befriedigend durch eine Differentialgleichung zweiten Grades dargestellt, wie sie von dem in Fig. 6 dargestellten Analogkreis geliefert wird. Diese Differentialgleichung zweiten Grades hat die Form ,c/k = x/lJn2 + 2lx/wn + t wobei bedeuten: = = die Größe des die Bearbeitungskraft anzeigenden, vom Summierglied 54 gelieferten Signals, x = die horizontale Lageabweichung des Werkstickes aufgrund der Bearbeitungskraft, Wn = die Resonanzfrequenz des lfferkstückes, 1 = der Dämpfungsfaktor des Werkstäckes und k = eine die Steife des Werkstückes angebende Konstante.
  • Wie die Fig. 6 zeigt, wird das die Bearbeitungskraft anzeigende, vom Su;aicrglied 54 gelieferte Signal dem Eingangsverstärker 70 zugeführt. Dem Verstärker, der ein Aaltiplizierverstärker ist, wird ein zweites Eingangssignal von den nicht linearen Funktionsgenerator zugeführt, so daß das die Bearbeitungskraft angebende Signal -nit dem die Änderung des Feaerwiderstandes angebenden Signals ec multipliziert wird. Das Ausgangssignal des aIultiplizierverstärkers 70 wird dann als das eine Eingangssignal einem Suininierverstärker 36 zugeführt, der, wie sich später ergeben wird, ein Ausgangssignal liefert, das den negativen Quotienten aus der horizontalen Nerk s tückb esch leunigung und den Quadrat der Resonanzfrequenz des Werkstückes darstellt. Dieses Ausgangssignal wird einem ersten Multiplizierverstärker 86 zugeführt, dessen Parameter kontinuierlich durch das Sägezahnausgangssignal des Integrators 76 in Abhängigkeit von der kontinuierlichen änderung der Resonanzfrequenz des Werkstückes geändert werden. Das Ausgangssignal des Multiplizierverstärkers 86 stellt hiermit den negativen Wert der Horizontalkomponente der Werkstückbeschleunigung in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz dar.
  • Das Ausgangssignal des ersten Multiplizierverstärkers wird einem ersten Integrator 102 zugeführt, um ein Signal zu erhalten, das den Horizontalanteil der Werkstückgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz des Werkstückes darstellt. Dieses Signal wird sowohl einem zweiten Parameter-tlultipliziorverstärker 88 als auch einem invertierenden Verstärker 104 zugeführt. Der invertierende Verstärker invertiert das erwähnte Signal und multipliziert es mit einem Faktor,der den doppelten Wert der Werkstückdämpfung entspricht. Das ergebnis wird als das eine Eingangssignal 98 dem Summierverstärker 96 zugeführt. Es ist wichtig, daß die natürliche DLnpfung des Werkstückes unabhängig von dessen Bearbeitung in üblicher Weise bestimmt wird. Da das Dzmpfungsverhältnis verschiedener Werkstdckarten sich ändert, muß dieser Faktor bestimmt werden, bevor von dem Werkstück material abgetragen wird.
  • Beim zweiten Multiplikationsverstärker 8 werden ebenfalls die Parameter kontinuierlich durch das vorn Integrator 76 gelieferte Sägezahnsignal geändert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 ist daher ein Maß für die horizontale Komponente der Werkstückes geschwindigkeit, es wird einem zweiten Hauptflußintegrator loG zugeführt. Der Integrator 1o6 liefert ein Signal, das dem negativen Wert der horizontalen Komponente der Lageveränderung des Werkstückes entspricht. Dieses Signal wird dem ersten Integrator 36 als eine der Eingangsgrößen loo zugeführt und außerdem durch einen Inverter 1o8 invertiert, der das Ausgangssignal des Synthesekreises 58 liefert.
  • Das Ausgangssignal des Inverters stellt damit ein Maß für die errechnete oder vorgegebene horizontale Lageabweichung des Werkstückes als Folge der auf es wirkenden Bearbeitungskraft dar. Diese nageveränderung wird dadurch vorherbestimmt, daß der Hauptflußteil 9o des Synthesekreises 58 kontinuierlich den Verhältnissen angepaßt wird, entsprechend der kontinuierlicher Änderung des Federwiderstandes und der Resonanzfrequenz des Werkstückes.
  • Eine solche kontinuierliche Anpassung ist, wie sich später noch ergeben wird, maßgeblich für ein zufriedenstellendes Verhindern einer Vibrationsbeanspruchunj und dafür, daß von dem Werkstück material mit der höchstmöglichen Bearbeitungsrate abgetragen werden kann.
  • Das errechnete, die Lageabweichung des werkstückes anz eigende Signal wird über ein Sar.unierglied 52, wie die Fig. 3 zeigt, einem weiteren Suramierglied 66 zugeführt. Dieses Signal wird bei den letztgenannten Sumierglied 66 mit dem negativen Wert des Signals verglichen, das die horizontale Lageänderung des Schleifrades 12 anzeigt und das von dem Bewegungsabweichkreis 61 geliefert wird. Wenn die errechnete tageänderung des Werkstückes aufgrund der bearbeitungskraft der Lageabweichung des Schleifrades nicht zu jeden Zeitpunkt des Bearbeitungsprozesses gleicht, kom:nt es definitionsgeiiäß zu Vibrationsbeanspruchungen.
  • L." Falle einer derartigen Ungleichheit liefert das Summierglied 66 ein elektrisches Ausgangssignal bzw. ein Fehlersignal, dessen Amplitude und Frequenz das Maß der Ungleichheit angeben und damit das Auftreten einer Vibrationsbeanspruchung anzeigen.
  • kieses Fehlersignal wird einer Einrichtung 24 zur Lieferung einer J:omensationskraft zugeführt, die am Maschinenrahmen 1o befestigt ist.
  • Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, ist diese Einrichtung 24 in der Flucütungslinie der littelachse des Schleifrades 12 am Maschine rahmen 1o befestigt. Die Einrichtung 24 weist eine Vorrichtung auf, die in zwei Richtungen eine Kraft zu liefern vermag und die ein Gehäuse 27 hat, das eine Reihe von hydraulisch betätigten Kolben aufweist. Die Betätigungsvorrichtung innerhalb des Gehäuses 27 steuert die Bewegung eines zwischen dem Maschinenrahmen 1o und einem Massekörper 26 verlaufenden Schaftes 23 in der Weise, daß kräfte einer gegebenen Frequenz, Richtung und Amplitude auf den Rahmen wirken, um Kräften, die aufgrund der Vibration entstehen, entgegenzuwirken. Das vom Suminierglied 66 gelieferte Fehlersignal veranlaßt genauer gesagt die Kompensationseinrichtung 24 dazu, Kompensationskräte an den Maschinenrahmen 1o zu liefern. Diese Kompensationskräfte werden dem Maschinenrahmen zweckmäßigerweise in derselben horizontalen Ebene zugeführt, wie die Bearbeitungs-Kräfte, um deren Wirkung auf das Werkstück 14 zu ergänzen. Auf diese Weise regeln die Kompensationskräfte die Lage des Schleifrades 12 derart nach, daß es den Werkstück angepaßt folgt und dabei eine Vibrationsbeanspruchung verhindert. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß dann, wenn das Werkstück vibriert die Kompensationskräfte das Schleifrad dazu veranlassen, mit diesem zusammen zu vibrieren, wodurch die Beanspruchung ausgeschaltet wird. In entsprechender Weise verleihen die Ko.npensation-skräfte dann, wenn das Schleifrad vibriert, diesem entgegengerichtete und gleich große Vibrationskräfte, so daß die Vibrationen aufgehoben und damit Vibrationsbeanspruchungen vermieden werden.
  • Die Amplitude und Frequenz der Vibrationsbeanspruchung, die beim Betrieb der Maschine auftritt, ist von vielen Faktoren, wie z.B.
  • von der Masse der ,Maschine, der Größe und Gestalt des Werkstückes usw. abhängig. Die Bedingungen, die an die Amplitude und die Frequenz der Kräfte zu stellen sind, die durch die Kompensationseinrichtung 24 aufzubringen sind, unterscheiden sich daher von Maschine zu Maschine. Man kann jedoch davon ausgehen, daß die Kompensationseinrichtung 24 Freçlenzen im Bereich zwischen 30 und So Hz erzeugen können muß, wobei entsprechend der tasse der Maschine spezifische Massen1 innerhalb eines großen Anderungsbereichs auftreten.
  • Die Kompensationskräfte, die auf den Maschinenrahmen lo wirken, veranlassen das Schleifrad 12, dem Werkstück 14 zu folgen, um die Vibrationsbeanspruchungen aufzuheben. Damit regulieren die Kompensationskräfte das Ausgangssignal des Bewegungsabweichungskreises 61, das die augenblickliche Abweichung des Rades angibt und das bei dem Summierglied 66 mit der errechneten Werkstückes abweichung verglichen wird. Diese Einregulierung macht das Fehlersignal zu Null und beseitigt damit Vibrationsbeanspruchungen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Figuren 1 und 2 haben die Kompensationskräfte auch eine Auswirkung auf die Errechnung der Herkstückabweighung in Abhängigkeit von der Bearbeitungskraft.
  • Das bedeutet, daß dann, wenn Kompensationskräfte nach rechts gerichtet auf den ataschinenralaen lo wirken, sie, wie Fig. 1 zeigt, dazu neigen, den Maschinenrahmen lo im Uhrzeigersinn um die Achse 29 herum zu verschwenken, wodurch die Stellung des Schleifrades eingestellt wird. In entsprechender Meise neigen Kompensationskräfte, die nach links genen den Massekörper 26 gerichtet sind, dazu, den Maschinenrähmen um die achse 29 herum i-l Gegenuhrzeigersinn zu schwenken. Diese Kompensationskräfte ergänzen die ursprdngl ich aufgebrachten, auf das werkstück wirkenden Bearbeitungskräfte, wenn sie nach rechts wirken, dadurch, daß sie diese Bearbeitun-skrafte verstärken, und wenn sie nach links wirken, dadurch, daß sie die Bearbeitungskräfte abschwächen. Das Ausgangssignal des Umsetzers 22, das die bearbeitungskraft anzeigt, wird daher entsprechend der Angriffsrichtung der Kompensationskrafte vergrößert oder verkleinert.
  • Die Kompensationskräfte können auch eine entgegengesetzte Wirkung auf das Ausgangssignal des Umsetzers 22 haben. Wenn z.B. eine Kompensationskraft nach rechts auf den Maschinenrahmen 10 gerichtet wird, neigt diese dazu, den Rahmen vom Umsetzer 22 abzuheben, wodurch die Größe dessen Ausgangssignals mechanisch verringert wird. In diesem Fall gleicht das Ausgangssignal des Umsetzers der gesainten auf das Werkstück wirkenden Bearbeitungskraft,wie sie über das Schleifrad und den Maschinenrahmen reflektiert wird, abzüglich der Wirkung der Kompensationskraft,reflektiert von deren Angriffspunkt über den Maschinenrahmen zum Umsetzer.
  • In entsprechender Weise wird, wenn eine Kompensationskraft gegen den lassekörper nach links gerichtet ist, das Ausgangssignal des Umsetzers 22 mechanisch vergrößert und gleicht damit der reflektierten gesamten Bearbeitungskraft zuzüglich der Wirkung der Konpensationskraft, die über den Maschinenrahmen direkt zum Umsetzer 22 hin reflektiert ist.
  • Um die direkten Auswirkungen der Kompensationskräfte auf den Umsetzer 22 zu kompensieren, ist am Maschinenrahmen 10 ein zweiter Kraftumsetzer 25 befestigt,und zwar an der Stelle, an der die Kompensationskräfte angreifen. Dieser zweite Umsetzer liefert ein Ausgangssignal, das der Größe und der Frequenz der auf den Maschinenrahmen wirkenden Kompensationskräfte entspricht.
  • Dieses Kompensationskraftausgangssignal wird einem Betätigungs-Kraftsynthesekreis 56 und einem Betätigungsbewegungssynthesekreis 64 zugeführt.
  • Der Betätigungskraftsynthesekreis liefert ein Ausgangssignal, das die Wirkungen der Kompensationskräfte nachbildet, die direkt durch den Slaschinenrahmen reflektiert werden und durch den Bearbeitungskraftumsetzer 22 angezeigt werden. Das bedeutet, daß der Kreis 56 die vom Kompensationsumsetzer 25 gelieferte Eingangsgröße ändert, um die statische und dynamische linderung der Kompensationskräfte zu berücksichtigen, wenn diese durch den Maschinenrahmen lo reflektiert und vom Umsetzer 22 festgestellt werden. Der Synthesekreis erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das dieser nachgebildeten l;-;irkung der Kompensationskräfte auf den Umsetzer 22 entspricht, dieses Ausgangssignal wird dem Summierglied 5t zugeführt, um mit dem Ausgangssignal des Arbeitskraftumsetzers summiert zu werden. Auf diese .leise werden die Auswirkungen von nach rechts gegen den Maschinenrahmen lo gerichteten Kompensationskräften auf das Ausgangssignal des Umsetzers 22 elektronisch nachgebildet und dem Ausgangs signal dieses Umsetzers hinzugefügt, wogegen die Auswirkungen von nach links gegen den Massekörper gerichteten Kompensationskräften elektronisch simuliert und von dem Ausgangssignal des Umsetzers 22 abgezogen werden. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 54 ist daher immer ein Maß für die auf das TJei-kstück ausgeübten Bearbei tungskräfte, unabhängig davon, ob Kompensationskräfte auf den Maschinenrahmen wirken oder nicht.
  • Die genauen Parameter und Aufbaumerkinale des Betätigungskraftsynthesekreises werden beim Aufbau der betreffenden Maschine festgelegt. Zunächst läßt man die Kompensationskräfte auf den Maschinenrahmen lo wirken, wobei alle anderen krafterzeugenden Bestandteile wirkungslos gemacht sind. Diese Kompensationskraft werden in einem weiten Größen- und Frequenzbereich aufgebracht und mit t Hilfe des Kompensationskraftumsetzers überwacht.
  • Zur gleichen Zeit werden die Auswirkungen dieser KompensationskrWifle auf das Ausgangssignal des Bearbeitungskraftumsetzers 22 dadurch überwacht, daß dessen Ausgangssignal einfach für jede aufgebrachte Kompensationskraft abgelesen wird. Eine graphische oder mathematische Korrelation des Ausgangssignals des Kompensationsumsetzers 25 mit dem entsprechenden Ausgangssignal des Bearbeitungskraftumsetzers 22 wird einfach dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal des Umsetzers 22 für jede aufgebrachte Kompensationskraft abgelesen wird. Eine derartige graphische oder mathematische Korrelation ergibt die geeigneten Parameter des Synthesekreises 56. Der Synthesekreis 55 kann aus elektronischen Bauelementen so aufgebaut sein, daß das Ausgangssignaldem inversen Wert des Ausgangssignals des Umsetzers 22 in Abhängigkeit von den aufgebrachten Kompensationskrä<=ten entspricht.
  • .-iichtig ist, daß der Synthesekreis 56 nur in der Lage zu sein braucht, die Auswirkungen der Kompensationskräfte auf den Bearbeitungskraftumsetzer 22 anzupassen, da diese Kompensationskräfte aufgrund der statischen und dynamischen Eigenschaften des zwischen den Umsetzern 25 und 22 liegenden Teils des Maschinenrahmens zwangsläufig geändert werden. Aus diesem Grunde benötigt der Kreis keine exakten Parameter, ebenso ist keine spezielle Schaltkreistechnik erforderlich Die Parameter des Kreises sowie die Schaltkreistechnik unte scheiden sich notwnndigerweise von Maschine zu Maschine wegen der mechanischen Eigenschaften derselben. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, daß verschiedene Arten von elektronischen Synthesekreisen verwendbar sind, beispielsweise analoge oder digitale Schaltkreise.
  • In Fig. 7 ist daher lediglich zur Veranschaulichung der möglichte Aufbau eines S"nthesekreises 56 dargestellt.
  • Bei vielen Ausführungsbeispielen der Erfindung bildet der BetItiqungskraftsynthesekreis eine Difterentialgleichung zweiten Grades zwischen dem Ausgangssignal des Kompensationskraftum-Umsetzers 25 und den Auswirkungen dieser Kompensationskr;>fte auf den Umsetzer 22. Diese Beziehung hat im wesentlichen tolgende Form: herbei bedeuten: fa = die aufgebrachte Kompensationskraft, f = das Ausgangssignal des Umsetzers 22 in Abhängigkeit von wl = die Resonanzfrequenz des zwischen den Umsetzern 25 und 22 liegenden Teils des Maschinenrahmens und 11 = die Dämpfung des zwischen den Umsetzern 25 und 22 liegenden Teils des Maschinenrahmens.
  • Wie die Fig. 7 zeigt, erhält der zur Lieferung einer solchen Difterentialgleichung zweiter Ordnung aurgebaute Schaltkreis von dem Kompensationskraftumsetzer 25 ein Eingangssignal, das der Kompensationskraft fa entspricht. Dieses Signal wird einem Potentiometer 130 zugeführt und gelangt von dort als das eine Eingangssignal 131 an einen Integrationsverstärker 132.
  • Das Aurgangssignal des Integrationsverstärkers 132 WllU erstens einem Potentiometer 134 zugeführt und von dort als das zweite Eingangssignal 133 an den Integrator 132 geliefert, zweitens einem Potentiometer 136 und drittens einem invertierendem Verstärker 138 zugeführt. Das Ausgangssignal dieses invertierenden Verstärkers 138 wird durch ein weiteres Potentiometer 140 verändert und gelangt schließlich als das eine Eingangssignal 141 an einen ausgangsseitigen invertierenden Verstärker pa2 .
  • Das Ausgangssignal des Potentiometers 136 wird einem zweiten Integrationsverstärlrer 144 zugeführt, dessen Ausgangssignal als zweites Eingangssignal 145 des ausgangsseitigen Inverters 142 dient. Das Ausgangssignal des Integrators 144 wird ebenso durch einen Inverter lo invertiert und durch ein Potentiometer 148 geändert, bevor es als drittes Eingangssignal 149 dem ersten Integrator 132 zugeführt wird Beim Synthesekreis 56 gemäß Fig. 7 weisen die Potentiometer 130, 136 und 148 jeweils ein Teilerverhältnis wl auf. Das Potentiometer 140 hat ein Teilerverhältnis von 211 und das Potentiometer 134 ein Teilerverhältnis von 211wo. Mit diesen Parametern stellt das Ausgangssignal 151 des ausgangsseitigen Inverters 142 ein Ausgangssignal 50 dar, das den Wirkungen der Kompensationskräfte fa auf das Ausgangssignal des Arbeitskraftumsetzers 22 entspricht. Auch hier sei darauf hingewiesen, daß der im einzelnen dargestellte Schaltkreis nur ein Beispiel für die Beziehung zwischen fa und f ist, und daß die 0 genauen Schaltkreisparameter (z.B. 11, wl usw.) experimentell für jeden Maschinenrahmen bestimmt werden müssen.
  • Das summierte Ausgangssignal des Summiergliedes 54 ist damit ein Maß für die gesamte auf das Werkstück 14 ausgeübte Bearbeitungskraft einschließlich der Wirkungen der Kompensationskräfte zu jeden Zeitpunkt der Maschinenbearbeitung. Dieses Ausgangssignal wird dem Werkstückbewegungssynthesekreis 58 wie vorstehend beschrieben zugeführt Das Ausgangssignal dieses Synthesekreises 58 ist damit ein Maß für die errechnete Lageveränderung des Werkstückes aufgrund der gesamten Bearbeitungskräfte, die auch die Kompensationskräfte einschließen, die durch den Maschinenrahmen lo auf das Schleifrad 12 übertragen werden wenn die Kompensations]rCifte auf den Maschinenrahmen wirken, werden Vibrationseffekte der Kompensationskräfte durch diesen und den Naschinenfuß 30 an die Auflager 16 des Werkstückes übertragen. Das bedeutet, daß die an dem Maschinenrahmen angreifenden Kompensationskräfte eine Lageveränderung des Werkstückes 14 bewirken, wobei diese Komponente der Werkstücklageveränderung nicht von der Bearbeitungskraft herrührt. Aus diesem Grunde ist der Betätigungsbewegungssynthesekreis 64 vorgesehen. Dieser Synthesekreis 64 spricht auf das Ausgangssignal des Kompensationskraftumsetzers 25 an, um die Lageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von den durch den Fuß 30 auf die Auflager 16 übertragenen Kompensationskräfte zu beeinflussen. Dieser nachgebildete Lageveränderungsfaktor wird durch das Summierglied 62 dem durch den Synthesekreis 58 errechneten Werkstücklageveränderungssignal hinzugefügt. Hiermit stellt das Ausgangssignal des Summiergliedes ein Maß für die gesamte errechnete Werkstücklageveränderung in Abhängigkeit von der gesamten Bearbeitungskraft und der Kompensationskräfte dar, die durch den Maschinenfuß übertragen werden.
  • Dieseasehesamtlageveränderung entsprechende Signal wird mit dem die tatsächliche Lageabweichung angebenden Signal des Bewegungsabweichungskreises 61 durch das ausgangsseitige Summierglied 66 verglichen, um die Erzeugung eines Fehlersignals zu beeinflussen, das seinerseits die Kompensationskrafteinrichtung 24 beeinflußt.
  • Die genauen Parameter sowie der Bchaltungsmäßige Aufbau des Betätigungsbewegungssynthesekreises 64 wird in weitgehend derselben Art bestimmt, wie dies für die Parameter und den Aufbau des Betätigungskraftsynthesekreises 56 der Fall war. D.h., daß man auf den Maschinenrahmen lo Kompensationskräfte wirken läßt, während alle anderen Kräfte unwirksam gemacht sind. Das Wirksamwerden dieser Kompensationskräfte erfolgt über einen breiten Amplituden- und Frequenzbereich, wobei die Lageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von diesen Kompensationskräften durch geeignete Mittel gemessen wird. Eine graphische oder mathematische Korrelation der Lageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von den aufgebrachten Kompensationskräften liefert dann die Parameter für den Synthesekreis 64. Dieser Schaltkreis kann dann unter Verwendung elektronischer Bauelemente in der Art aufgebaut werden, daß das von ihm gelieferte elektrische Ausgangssignal ein Maß für die Lageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von den aufgebrachten und durch den Maschinenrahmen, den Maschinenfuß und die Auflager für das Werkstück übertragenen Kompensationskräfte ist.
  • Wie auch bei dem Betätigungskraftsynthesekreis 56 braucht der Betätigungsbewegungssynthesekreis 64 lediglich in der Lage sein, die Auswirkungen der Kompensationskräfte auf die Lage -veränderung des Werkstückes anzupassen, da die Bearbeitungskräfte zwangsläufig durch die statischen und dynamischen Eigenschafte-n des Maschinenrahmens lo, des Maschinen fusses 30 und der Werkstückauflager 16 geändert werden. Da diese statischen und dynamischen Eigenschaften für jeden Anwendungsfall der Erfindung verschieden sind, werden keine genauen Angaben über die Parameter bzw. über den schaltungsmäßigen Aufbau gemacht.
  • Die Schaltkreisparameter müssen experimentell für jede Maschine bestimmt werden, die Schaltkreistechnik kann sich geeigneter elektronischer Schaltelemente bedienen und sowohl zu einem analogen als auch zu einem digitalen Schaltkreis führen. Zur Veranschaulichung ist jedoch ein Beispiel eines möglichen schaltungsmäßigen Aufbaus des Synthesekreises 64 in Fig. 8 angegeben. Ähnlich wie der Betätigungskraftsynthesekreis 56 bildet der Betätigungsbewegungssynthesekreis 64 eine Differentialgleichung zweiter Ordnung folgender Form: Herbei bedeuten: = = die Werkstücklageveränderung in Abhängigkeit der über den Maschinenrahmen, den Maschinenfuß und die Werkstückauflager übertragenen Kompensationskräfte, fa = die aufgebrachten Kompensationskräfte, 12 = die Dämpfung des Maschinenrahmens, des Maschinenfusses und der Werkstückauflager, w = die Resonanzfrequenz von Maschinenrahmen, Maschinenfuß und Werkstückauflager und k2 = ein Faktor für die Steifheit von Maschinenrahmen, Maschinenfuß und Werkstückauflager.
  • Wie die Fig. 8 zeigt, wird dem eine Differentialgleichung zweiter Ordnung bildenden Schaltkreis das Eingangssignal von dem Kompensationskraftumsetzer 25 geliefert, das der aufgebrachten Kompensationskraft fa entspricht. Das Kompensationskraftsignal gelangt an ein Potentiometer 160 und von da als das eine Eingangssignal 161 an einen Integrationsverstärker 162. Das Ausgangssignal des Integrators wird über ein Potentiometer 164 einem zweiten Eingang 165 des Integrators 162 zugeführt und außerdem über ein weiteres Potentiometer 166 an einen zweiten Integrator 168 geliefert. Das Ausgangssignal dieses zweiten Integrators 168 wird durch einen invertierenden Verstärker 170 verstärkt und durch ein weiteres Potentiometer 172 verändert, um als drittes Eingangssignal 173 dem ersten Integrator 162 zugeführt zu werden. Das Ausgangssignal dieses zweiten Integrators stellt auch das Ausgangssignal des Synthesekreises 64 dar und wird dem Summierglied 62 zugeführt.
  • Die Potentiometer 16o und 172 weisen ein Teilerverhältnis von w2/k2 auf, das Teilerverhältnis des Potentiometers 164 betiagt 212w2. Mit diesen experimentell ermittelten Parametern stellt das ausgangsseitige Signal 174 des Schaltkreises ein Maß für die Lageveränderung des Werkstückes in Abhängigkeit von den Kompensationskrä,ten dar, die über den Maschinenrahmen, den Maschinenfuß und die Werkstückauflager übertragen werden.
  • Dieses Ausgangssignal wird durch das Summierglied 62 dem Signal des Synthesekreises 58 hinzugefügt, das der errechneten : rkstückla geveränderung entspricht, wodurch das endgültige t.Jerkstücklageveränderungssignal gebildet wird.
  • Das letzt erwähnte Signal wird durch das Summierglied 66 mit einem Signal verglichen, das die tatsächliche Lageveränderung des Schleifrades angibt, um ein Fehlersignal zu erzeugen.
  • dann die Lageveränderung des Werkstückes und des Schleifrades identisch sind, kommt es zu keinen Vibrationsbeanspruchungen, weswegen die Kompensationskrafteinrichtung 24 nicht aktiviert wird. Wenn dies der Fall ist, haben die Ausgangssignale des Synthesekreises 56 und des Synthesekreises 64 beide den Wert 1'Tull.
  • Bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liefert der Werkstückbewegungssynthesekreis 58 ein Signal, das der errechneten Werkstücklageveränderung in Abhängigkeit von der aufgebrachten Bearbeitungskraft entspricht.
  • Dieser Kreis 58 rührt die Errechnung der Lageveränderung des Werkstückes in der Form durch, daß er kontinuierlich und unverzüglich seine Schaltkreisparameter den kontinuierlichen Änderungen der statischen und dynamischen Werkstückeigenschaften anpaßt.
  • Der Synthesekreis 58 weist jedoch keine Mittel auf, mit deren Hilfe er eine Anpassung an die statischen und dynamischen Eigenschaften des Maschinenrahmens lo vornehmen kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Eigenschaften des Maschinenrahmens sich während des Bearbeitungsprozesses nicht wesentlich ändern und deswegen eine Anpassung nicht erforderlich machen. enn die Erfindung im Zusammenhang mit einer Maschine bzw. einem Bearbeitungswerkzeug zur Anwendung kOirL, bei denen wesentliche diesbezügliche Änderungen während des Bearbeitungsprozesses auftreten, könnte noch ein Anpassungskreis vorgesehen sein, der dem Synthesekreis 58 entspricht.
  • Aus der vorstehenden Beschreibuny dürfte sich ergeben haben, daß eine Reihe von Modirikationen der Ereindung möglich sind, ohne daß deren Rahmen verlassen wird. So ist es, wie beim doppelt integrierenden Schaltkreis lol gemäß Fig. 9 gezeigt, beispielsweise möglich, die auf das Werkstück wirkende Bearbeitungskraft aus dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 28 abzuleiten, anstatt hierfür den Bearbeitungskraftumsetzer 22 zu verwenden. Wie dargestellt, wird dem Beschleunigungsmesser 28 ein zweites Ausgangssignal entnommen und einem Potentiometer 103 zugeführt, dessen Ausgang sowohl mit einem Integrationsverstärker 105 als auch mit einem Sumr.lierverstärker 107 über eine Leitung 1o9 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Integrators 105 wird einem zweiten Potentiometer llo zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen zweiten Integrator 112 und üoer einen invertierenden Verstärker 114 als zweites Eingangssignal an den Summierverstärker 107 gelangt Das Ausgangssignal des zweiten Integrators 112 wird außerdem über ein drittes Potentiometer einem dritten und letzten Eingang 120 des Summierverstärkers 107 zugeführt. Das Ausgangssignal des Summierversta.crkers 107 wird dann über ein Potentiometer 122 abgegeben und stellt ein Maß für die auf das Wer)-stück 14 wirkende Bearbeitungskraft dar. Dieses Signal wird in der oben stehend beschriebenen Weise dem Summierglied 54 zugeführt. Das Ausgangssignal des Schaltkreises lol wird in gewissem Umfang durch die Kompensationskräfte beeinflußt, die über den Maschinenrahmen lo übertragen und durch den Beschleunigungsmesser 28 angezeigt werden. Es ist daher notwendig, dIese Auswirkungen auf den Beschleunigungsmesser in derselben Weise zu synthetisieren, wie dies bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall war, und zwar mit Hilfe eines Betätigungskraftsynthesekreises 50'. Das Ausgangssignal des Kreises 56t wird einem Summierglied 54 entsprechender Ausgestaltung zugeführt, so daß das Ausgangssignal desselben ein Maß für die gesamte auf das ;werkstück wirkende Bearbeitungskraft ist.
  • Die Parameter des in Fig. 9 dargestellten Schaltkreises lol werden in weitgehend derselben Weise e>perimentell bestimmt, wie dies bei den vorstehend beschriebenen Synthesekreisen 56 und o4 der Fall war. D.h., daß man beim Aufbau der Maschine verschiedene bekannte Bearbeitungskräfte auf das Werkstück wirken läßt, und gleichzeitig das Ausgangssignal des Summierverstärkers 1o7 für jede einzelne Bearbeitungskraft anzeigt.
  • Die drei Potentiometer 103, llo und 118 werden dann so dimensioniert, daß die physikalischen Eigenschaften des Maschinenrahmens lo Berücksichtigung finden. Die Einstellung der Potentiometer erfolgt derart, daß das Teilerverhältnis im ersten Fall dem Kehrwert des Quadrats der Resonanzfrequenz des Maschinenrahmens, im zweiten Fall dem doppelten Produkt aus dem Dämpfungsfaktor des Rahmens und aus dessen Resonanzfrequenz und im dritten Fall dem Quotienten aus der Resonanzfrequenz des Maschinenrahmens und aus dessen doppelten Dämpfungsfaktor entspricht. Das Ausgangssignal des letzten Potentiometers 122 im Schaltkreis lol wird dann derart eingestellt, daß es eine Amplitude aufweist, die der auf das Werkstück ausgeübten Bearbeitungskraft entspricht.
  • Eine andere mögliche Modifikation der Erfindung besteht darin, daß der doppelt integrierende Bewegungsabweichungskreis 61 durch einen einfach integrierenden Kreis ersetzt wird, so daß ein ->usgangssignal entsteht, das der jeweiligen Geschwindigkeit des Schleifrades entspricht. Bei dieser Modifikation würde der Aufbau des Werkstückbewegungssynthesekreises 58 und des Betätigungsbewegungssynthesekreises 64 in der Weise zu ändern sein, daß das Ausgangssignal des Summiergliedes 62 die errechnete Werkstückgeschwindigkeit darstellt. Es würde dann ein Vergleich der Werkstückgeschwindigkeit und der Schleifradgeschwindigkeit mit Hilfe des Summiergliedes vorzunehmen sein, um ein Fehlersignal zu erzeugen.
  • Die vorstehende Beschreibung hat sich speziell mit der Anwendung der Erfindung auf die Vermeidung von Vibrationsbeanspruchungen bei einem üblichen Schleifprozeß bezogen. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen im Zusammehang mit jeder anderen Art von Maschinenbearbeitung anwendbar, durch die Material von einem Werkstück abgetragen wird. So kann sie beispielsweise im Zusammenhang mit einer Bohrstangendrehmaschine Verwendung finden, wie sie in Fig. lo dargestellt ist. Bei einer derartigen Anwendung ist eine Bohrstange 180 in üblicher Weise an einer Vorrichtung 182 zur Halterung und zur Erzeugung des Vorschubes befestigt.
  • Das geeignete Werkzeug 186 in Form eines Bohrstangenmeisels ist in üblicher Weise am vorderen Ende l88 der Bohrstange 180 befestigt, und zwar unter einem Winkel von etwa 90° hierzu.
  • Das Werkzeug wird unter entsprechender Steuerung des Mechanismus 182 in Richtung des Pfeiles 189 in ein sich drehendes Werkstück l9o hinein bewegt, um von dessen Innenwandung 191 Material abzutragen.
  • An der Bohrstange ist in geeigneter Weise ein Bearbeitungskraftumsetzer 222 befestigt, der die Bearbeitungskräfte an-zeigt, die an der Angriffsfläche des Werkzeuges am Werkstück auftreten, wenn diese Kräfte von da aus zur Stange 180 zurückreflektiert werden. Nahe dem Ende 184 der Bohrstange 180 ist ein Beschleunigungsmesser 228 angeordnet, der ein Signal erzeugt, das der Beschleunigung des erkzeuges in einer senkrecht zur Bohrstange verlaufenden Ebene entspricht. Eine Kompensationskraftbetätigungseinrichtung 224 ist, wie auch bei der Schleifmaschine, innerhalb eines Gehäuses 227 angeordnet und zwischen einem Kompensationskraftumsetzer 225 auf der Bohrstange und einem Massekörper 226 angeordnet.
  • Der Bearbeitungskraftunsetzer 222 liefert ein Eingangssignal für einen Werkstückbewegungssynthesekreis, der ähnlich wie der in Fig. 6 dargestellte aufgebaut ist. Dieser Synthesekreis liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das der errechneten ?rkstückslageveränderung in Abhängigkeit von der Bearbeitungskraft unter Berücksichtigung der sich kontinuierlich ändernden statischen und dynamischen Werkstückeigenschaften entspricht.
  • Dieses Signal wird mit einem Signal verglichen, das der tatsächlichen Lageveränderung des Werkzeuges entspricht, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Fehlersignal beeinflußt die Tätigkeit der Kompensationskraftbetätigungseinrichtung 224, die zwischen der Bohrstange 18o und dem Massekörper 226 wirksam wird, um Kräfte geeigneter Größe und Frequenz zu erzeugen, durch die Vibrationsbeanspruchungen ausgeglichen und ausgeschaltet werden Wie bei der Schleifmaschine ist auch ein Betatigungskraftsynthesekreis und ein Betätigungsbewegungssynthesekreis vorhanden, wenn die vorliegende Brfindung zusammen mit einem Bohrstab Anwendung findet. Der Betätigungskraftsynthesekreis synthetisiert die direkten Auswirkungen der Kompensationskräfte auf das Ausgangssignal des Bearbeitungskraftumsetzers 222. Das Ausgangssignal dieses Synthesekreises wird dann dem Ausgangssignal des Bearbeitungskraftumsetzers 222 hinzugefügt, wodurch die unerwünschten Kompensationseffekte aufgehoben werden.
  • In ähnlicher Weise wird jegliche Lageveränderung des Werkstückes, die durch nicht auf das Bearbeitungswerkzeug wirkende Kompensationskräfte hervorgerufen wird, durch den Betätigungsbewegungssynthesekreis synthetisiert, um in geeigneter Weise dem Ausgangssignal des Werkstückbewegungssynthesekreises hinzugefügt zu werden.

Claims (11)

  1. Patentanspniche
    Vorrichtung zur Steuerung einer maschinellen Bearbeitung, bei der ein Werkstück und ein Maschionenwerkzeug an einem Maschinenrahmen befestigt sind, wobei entweder das Werkstück oder das Werkzeug gegenüber dem jeweils anderen Element bewegbar ist, um von dem Werkstück Material abtragen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste Signal-erzeugende Mittel (22, lol) aufweist, die mit dem Maschinenrahmen (10) an einer von Werkzeug (12) und Werkstück (14) beabstandeten Stelle angeordnet sind und dazu dienen, eine der Bearbeitungskraft entsprechende Kraft anzuzeigen und ein dementsprechendes erstes elektrisches Signal zu erzeugen, ferner zweite signal-erzeugende, mit dem Maschinenrahmen (lo) verbundene Mittel (28) zur Anzeige der jeweiligen Bewegung des Werkzeuges (12) oder des Werkstückes (14) in Abhängigkeit von der Bearbeitungskraft und zur Erzeugung eines zweiten dementsprechenden elektrischen Signals, ferner einen mit den ersten (22, lol) und zweiten (28) signal-erzeugenden Mitteln gekoppelten Synthesekreis (58) zur Erzeugung eines ele]rischen Synthesesignals, das der Bewegung in Abhängigkeit von der Bearbeitungskraft entweder des Werkzeuges (12) oder des Werkstückes (14) entspricht, die nicht mit dem zweiten signalrzeugenden Mitteln (28) in Verbindung stehen, ferner einen Vergleicher (66) zum Vergleich des zweiten elektrischen Signals mit dem Synthesesignal und zur Erzeugung eines dementsprechenden Fehlersignals sowie eine Kompensationskrafteinrichtung (24) aufweist, die mit dem Vergleicher elektrisch gekoppelt ist und mechanische Mittel (27, 23, 25) enthält, die eine Kompensationskraft an den Maschinenrahmen (lo) in Abhängigkeit von dem Fehlersignal liefern, um Werkzeug (12) und Werkstück (14) in einer vorgegebenen relativen räumlichen Lage während der Werkstückbearbeitung unabhängig von Vibrationsbewegungen von Nerkstack (14), Werkzeug (12) und taschinenrahmen (lo) zu halten.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten signalerzeugenden Mittel die Form eines ersten Umsetzers (22) haben.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten signalerzeugenden Mittel als Schaltkreis (ion) ausgebildet sind, der ein der Kraft entsprechendes Signal erzeugt und mit den zweiten signalerzeugenden Mitteln gekoppelt ist, wobei diese zweiten signalerzeugenden Mittel die Form eines zweiten Umsetzers (28) haben, der die augenblickliche Bewegung entweder des Werkzeuges oder des Werkstückes (14) anzeigt.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Anpassungskreis (9o) aufweist, der von den ersten un d zweiten elektrischen Signalen beeinflußt wird, um kontinuierlich die Parameter des Synthesekreises (58) in Abhängigkeit von den Änderungen der statischen und dynamischen Maschineneigenschaften zu verändern.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dritten Umsetzer (25) aufweist, der mit der Kolapensationskraftainrichtung (24) in Verbindung steht, um die von dieser an den Llaschinenrahmen (1o) gelieferten Kompensationskräfte anzuzeigen und um ein dementsprechendes drittes elektrisches Signal zu erzeugen, und daß dieses dritte elektrische Signal (54) dem Synthesekreis (58) zugeführt wird, um jegliche Auswirkungen von Kompensationskräften, die nicht mit der Ergänzung der Bearbeitungskraft bei der Beeinflussung des Ausgangssignals des ersten Umsetzers (22) in Zusammenhang stehen, aneben.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Synthesekreis (56) aufweist, dem das dritte elektrische Signal zugeführt wird und der ein zweites elektrisches Synthesesignal erzeugt, das der Bewegung entweder des raerkzenges (12) oder des Werkstückes (14) die nicht mit dez zweiten Umsetzer (28) verbunden sind, in Abhängigkeit von den ixolapensationskräften entspricht, die i e mit der Ergänzung der Betätigungskraft nicht in Verbindung stehen,und daß das zweite elektrische Synthesesignal mit dem Ausgangssignal des ersten Synthesekreises (58) zuszzengeführt wird, um ein Signal zu erzeigen, das der Gesamtbewegung entweder des Werkzeuges (12) oder des Werkstückes (14) entspricht.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umsetzer einen Beschleunigungsmesser (28) aufweist, der an dem Maschinenrahmen in der Nachbarschaft entweder des Werkzeuges (12) oder des Werkstückes (14) angebracht ist, um deren Beschleunigung zu messen und ein dementsprechendes Signal zu erzeugen, und daß der Beschleunigungsmesser mit Schaltkreiselementen (61) in Verbindung steht, die das Beschleunigungssignal in das zweite elektrische Signal invertieren, das die Lageveränderung entweder des Werkzeuges (12) oder des Werkstückes (14) anzeigt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsrnittel (9o) einen Phasendiskriminator (74) aufweisen, der die augenblickliche Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal anzeigt und sie mit einer vorgegebenen Phasenwinkeldifferenz vergleicht, um ein Anpassungssignal zu erzeugen, das der Ungleichheit zwischen der tatsächlichen Phasendifferenz und der vorgegebenen Phasendifferenz entspricht, um die Parameter des Synthesekreises (58) kontinuierlich zu ändern.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungskreis (9o) ferner Mittel (76, 80) zur Frequenz und Amplitudendiskriminierung aufweist, durch die eine Anzeige erfolgt, wenn das erste elektrische Signal eine vorgegebene Frequenz bzw. Amplitude übersteigt und die eine Änderung der Synthesekreisparameter in Abhängigkeit von dem Anpassungssignal immer dann herbei führen, wenn die vorgegebene Frequenz bzw. Amplitude überschritten wird.
  10. lo. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (12) so in Bezug auf das Werkstück bewegt wird, daß es dessen Längsausdehnung überstreicht, daß der Anpassungskreis (9o) erste Erzeugermittel (59) aufweist, die mit dem Werkzeug (12) mechanisch verbunden sind, und ein linear veränderliches Signal erzeugen, das die Lage des Werkzeuges (12) längs der Längenausdehnung des Werkstückes anzeigt und ferner zweite Erzeugermittel (6o) aufweist, die zwischen die ersten Brzeugnrmittel (59) und den zweiten Synthesekreis (58) eingefügt sind, un ein nicht-lineares variables Signal in Abhangigkeit von dem Lagesignal zu erzeugen, wobei das nicht-lineare variable Signal sich vorherbestinbar ändert und den Synthesekreis (58) zugeführt wird, am dessen Parameter kontinuierlich zu ändern.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-lineare variable Signal eine Anzeige für den mechanischen Federwiderstand des Werkstückes (14) in Abhängigkeit von der Lage des -Nerkzeugs (12) bezüglich des Werkstückes ist.
DE19762626270 1975-06-13 1976-06-11 Verfahren und vorrichtung zur steuerung der vibrationsbeanspruchung bei maschineller werkstueckbearbeitung Pending DE2626270A1 (de)

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US05/586,572 US3967515A (en) 1974-05-13 1975-06-13 Apparatus for controlling vibrational chatter in a machine-tool utilizing an updated synthesis circuit

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DE3843165C1 (en) * 1988-12-22 1990-02-22 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De Method and apparatus for controlling a tool during the machining of workpieces

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