DE2644933C3 - Vorrichtung zum Regeln der magnetischen Haltekraft einer eine Magnetspule aufweisenden elektrischen Magnetspanneinrichtung für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln

ίο der magnetischen Haltekraft einer eine Magnetspule aufweisenden elektrischen Magnetspanneinrichtung, die auf einem mittels eines aus einer Stromquelle gespeisten Elektromotors vorschubbeweglichen Tisch einer Werkzeugmaschine aufgespannt ist, wobei die magnetische Haltekraft in Abhängigkeit eines Bearbeitungsvorganges veränderbar ist, wozu die Vorrichtung eine zwischen der Magnetspule der Magnetspanneinrichtung und einer Stromquelle für die Magnetspule angeschlossene Regeleinrichtung enthält, zum Regeln der der Magnetspule zugeführten Energie als Funktion eines Steuersignals.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 35 71911 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung dient dazu, die magnetische Haltekraft einer elektrischen Magnetspanneinrichtung in Abhängigkeit des Bearbeitungsablaufes aufgrund der Signale einer Programmeinrichtung zu ändern.

Bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen kann es vorkommen, daß die Vorschubkraft sich ändert, was bei gleichbleibender magnetischer Haltekraft zum Lösen oder Verschieben der gespannten Werkstücke führen kann bzw. was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt, weil sicherheitshalber immer mit der höchstmöglichen Haltekraft gearbeitet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung

gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszubilden, daß die magnetische Haltekraft stets den augenblicklichen Vorschubkräften entspricht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine den Strom von

der Stromquelle zum Vorschubmotor erfassende Stromdetektoreinrichtung zum Erzeugen eines Signals als Funktion der zum Vorschubmotor gelieferten Energie, durch eine mit der Stromdetektoreinrichtung verbundene Vergleichseinrichtung zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugssignal zur Erzeugung des Steuersignals, welches der Regeleinrichtung zuführbar ist.

Durch die Erfindung wird also die Regelung der magnetischen Haltekraft in Abhängigkeit von der von

so einem elektrischen Vorschubmotor für den Werkzeugmaschinentisch aufgenommenen Energie vorgenommen. Dank der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird immer nur die für die jeweilige Vorschubkraft notwendige und ausreichende Haltekraft erzeugt, wodurch sich ein wesentlich niedrigerer Energieverbrauch ergibt, was die Betriebskosten senkt und niedrigere Ausgangskosten für die Energieversorgung ergibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Für den Fall, daß die vom Vorschubmotor erzeugte Vorschubkraft größer wird als die größtmögliche Haltekraft der Magnetspanneinrichtung, also für den Fall, bei dem die erfindungsgemäße Regeleinrichtung

nicht mehr durchgreifen kann, ist gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in den Patentansprüchen 5 und 6 eine Sicherungseinrichtung vorgeschlagen, durch die der Vorschubmotor abschaltbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird auch in dem Fall eine ausreichende Haltekraft gewährleistet, bei dem die im Stand der Technik bekannten elektrischen Servo-Motoren für die Axialgeschwindigkeiten eines Werkzeugmaschinentisches kurzzeitig den dauernden Schub überschreiten, und wobei sich dann eine Ratterbewegung einstellt

Auch ist es vorteilhaft, daß jeweils nur die minimal benötigte Haltekraft für das Werkstück erzeugt wird, so daß das Werkstück nicht mehr als unbedingt nötig durch die Haltekraft verformt wird und so eine Bearbeitung des Werkstückes durch das betreffende Werkzeug mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein detailliertes Blockdiagramm der Elemente der Erfindung;

F i g. 2 ein detailliertes schematisches Diag. amm des Stromdetektors, der Komparatorkreise und der Regeleinrichtung.

F i g. 1 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der Elemente der Erfindung. Ein Werkzeugmaschinenschlitten 10 ist verschiebbar auf einem Werkzeugmaschinengestell 12 gehalten. Ein Tischantrieb 14, der mechanisch mit dem Werkzeugmaschinenschlitten 10 verbunden ist, ist von einem Vorschubmotor 16 abhängig. Der Vorschubmotor wird von einer Stromquelle 18 erregt Eine magnetische Klemmvorrichtung 12 ist am Werkzeugmaschinenschlitten 10 befestigt und enthält eine darin eingebettete magnetische Klemmenspule 22, die von einer Spulenenergiezufuhr 31 erregt wird.

Die bisher beschriebenen Elemente sind für sich bekannt. Im Betrieb würde ein nicht gezeigtes Werkstück auf die magnetische Klemmvorrichtung 20 gesetzt werden und es würde die Spulenenergiezufuhr die magnetische Klemmenspule 22 erregen und hierdurch eine Klemmkraft zwischen dem Werkstück und der magnetischen Klemmvorrichtung erzeugen. Die Stromquelle 18 würde in Abhängigkeit von einer Außensteuerung Energie zum Vorschubmotor 16 liefern. Der Vorschubmotor 16 würde den Schlittenantrieb 14 betätigen und hierdurch bewirken, daß der das Werkstück enthaltende Werkzeugmaschinenschlitten 10 sich gegenüber einem nicht gezeigten Schneidwerkzeug bewegt. Wie später erläutert, würde eine magnetische Klemmkraft konstant und nicht abhängig von irgendwelchen Änderungen des vom Vorschubmotor erzeugten Schubs zwischen dem Werkstück und dem Schneidwerkzeug bleiben. Dies könnte eine unerwünschte Bewegung des Werkstücks gegenüber dem Schneidwerkzeug ergeben.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung fühlt die Änderungen des vom Vorschubmotor erzeugten Schubs ab durch Messen des vom Vorschubmotor gelieferten Stroms, wobei als Funktion hiervon der zur magnetischen Klemmenspule gelieferte Strom geregelt wird. Hierzu ist ein Stromdetektor 24 abhängig von der Stromquelle und erzeugt als Funktion des von der Stromquelle zum Vorschubmotor gelieferten Stroms an einer Leitung 26 ein erstes Signal. Ein Spulensteuerkreis 28 enthält einen Bezugssignalgenerator 30, einen Kompara torkreis 32 und eine als Spulenleistungssteuerung ausgebildete Regeleinrichtung 34. Der Komparatorkreis 32 ist vom ersten Signal an der Leitung 26 und von einem Bezugssignal aus dem Bezugssignalgenerator abhängig. Beim normalen Betrieb erzeugt die Regeleinrichtung 34 an der Leitung 38 einen normalen Stromfluß über die Regeleinrichtung 34 zur magnetischen Klemmenspule 22. Wenn jedoch der Vorschubmotor 16 seinen Schub plötzlich erhöht, tritt eine plötzliche Stromzunahme auf, die vom Stromdetektor 24 erfaßt wird. Der Komparatorkreis 32 erfaßt, daß die Größe des Stromdetektorsignals das Bezugssignal übersteigt In dieser Situation liefert der Komparatorkreis 32 ein Steuersignal zur Regeleinrichtung 34, die die Stromstärke an der Leitung 36 zur magnetischen Klemmenspule 22 erhöht, wodurch die magnetische Klemmkraft wesentlich zunimmt Die Zunahme der magnetischen Klemmkraft in Abhängigkeit vom erhöhten Schub durch den Vorschubmotor verhindert die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Bewegung des Werkstükkes gegenüber dem Schneidwerkzeug.

In gewissen Situationen ergibt die Zunahme des Schubs durch den Vorschubmotor eine erhöhte Kraft zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück, die die von der magnetischen Klemmenspule erzeugte Kremmkraft übersteigt Es ist ein Tischsteuerkreis 40 angegeben, der die Situation frühzeitig erkennt und eine Gleitbewegung für den Fall verhindert, daß der Vorschubmotor 16 einen Schub liefert, der die zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkzeug wirkende Kraft die Klemmkraft übersteigen läßt. Der Tischsteuerkreis 40 enthält eine Bezugssignalquelle 42, einen Komparatorkeis 44 und einen Sperrschalter 46. Der Komparatorkreis 44 ist abhängig von dem aus dem Stromdetektor 24 stammenden ersten Signal an der Leitung 26 und von einem aus der Bezugssignalquelle 42 stammenden Bezugssignal. Die Bezugssignalquelle 42 erzeugt ein Bezugssignal von einer Größe, die der höchst zulässigen Kraft zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück proportional ist. Der Komparatorkreis 44 ermittelt, wenn die Größe des ersten Signals, d. h. der Vorschubmotorstrom, die Größe des zweiten Bezugssignals übersteigt, und erzeugt ein Sperrsteuersignal. Der Sperrschalter 46 ist über Leitungen 48 und 50 in Reihe mit dem Vorschubmotor 16 bzw. der Stromquelle 18 geschaltet. Wenn der Sperrschalter 46 an der Leitung 52 ein Sperrsteuersignal empfängt, öffnet er die Reihenschaltung, beendet hierdurch den Betrieb des Vorschubmotors 16 und vermindert jede weitere Schubzunahme zwischen dem Werkstück und dem Schneidwerkzeug.

F i g. 2 ist ein detailliertes schematisches Diagramm des Stromdetektors 24, der Komparatorkreise 32, 44 und der Regeleinrichtung 34. Innerhalb des Stromdetektors 24 ist ein Stromfühlwiderstand 54 zwischen der Stromquelle 18 und dem Vorschubmotor 16 in Reihe geschaltet. Ein Verstärkerkreis 56 ist abhängig vom Spannungsabfall über dem Stromfühlwiderstand 54 und erzeugt an der Leitung 26 das erste Signal. Folglich hat das erste Signal eine Größe, die proportional der gerade zum Vorschubmotor 16 gelieferten Stromstärke ist.

Der Komparatorkreis 32 weist zwei Betriebsverstärkerkreise 58 und 60 auf. Beide Verstärkerkreise weisen einen vom ersten Signal abhängigen Eingang und einen von den ersten und zweiten Bezugssignalen an den Leitungen 62 bzw. 64 abhängigen zweiten Eingang auf. Das zweite Bezugssignal ist größer als das erste Bezugssignal. Daher ermittelt der Betriebsverstärker 58 bei einer Zunahme des Stroms zum Vorschubmotor 16, wenn r!ie Größe des ersten Signals die Größe des zweiten Bezugssignals übersteigt und erzeugt in Abhängigkeit hiervon ein erstes Steuersignal. Bei einer weiteren Stromzunahme erzeugt der Verstärkerkreis 60 ein zweites Steuersignal, wenn das erste Signal die

Größe des zweiten Bezugssignals übersteigt.

Die Regeleinrichtung 34 enthält einen ersten Widerstand 66, einen in Reihe mit einem zweiten Widerstand 70 geschalteten ersten Schaltkreis 68 und einen mit einem dritten Widerstand 74 geschalteten zweiten Schaltkreis 72. Beim normalen Betrieb fließt Strom von der Spulenenergiezufuhr 31 über die Leitung 33 durch den ersten Widerstand 66 und über die Leitung 36 zur magnetischen Klemmenspule 22. Der Widerstand 66 liefert einen normalen Strom zur magnetischen Klemmenspule zur Erzeugung einer normalen Klemmkraft. In dieser Situation sind die Schaltkreise 68 und 72 nichtleitend. Der Schaltkreis 68 leitet in Abhängigkeit von einem das erste Niveau eines übermäßigen Stroms anzeigenden ersten Steuersignal aus dem Komparatorkreis 32 und schaltet hierdurch den zweiten Widerstand 70 parallel zum ersten Widerstand 66. Dies ergibt eine erhöhte Stromzufuhr an der Leitung 36 zur magnetischen Klemmenspule, wodurch eine erhöhte Klemmkraft erzeugt wird. Der Schaltkreis 72 leitet in Abhängigkeit von dem einen weiteren übermäßigen Stromfluß zum Vorschubmotor 16 anzeigenden zweiten Steuersignal aus dem Komparatorkreis 32 und schaltet hierdurch die Widerstände 66, 70 und 74 parallel. Dies ergibt eine sogar noch höhere Stromstärke an der Leitung 36 zur magnetischen Klemmenspule 22.

Es sei hier auf zwei Punkte hingewiesen. Als erstes ist die Anzahl der Regelstufen des Stroms zur magnetischen Klemmenspule völlig beliebig. Es werden hier zwei Regelstufen erläutert, wobei jedoch nur eine oder mehr als zwei verwendet werden können. Als zweites zeigt die angegebene Vorrichtung eine Regelung des Stroms der magnetischen Klemmenspule in gesonderten Stufen. Bekanntlich kann diese Regelung als Funktion der kontinuierlichen Änderungen der Größe des ersten Signals auf einer kontinuierlichen Basis erreicht werden. Es gibt weiterhin viele alternative Ausführungsformen für die in F i g. 2 angegebene Vorrichtung, die zur Erzielung derselben Funktion verwendet werden können. Zum Beispiel kann ein Amperemeter mit Kontakten verwendet werden, die auf unterschiedliche Stromstärken eingestellt werden können zum Ersetzen des Stromdetektors und des Komparatorkreises. Das Amperemeter würde so angeschlossen werden, daß es den Stromfluß zwischen der Stromquelle 18 und dem Vorschubmotor 16 mißt. Wenn der Strom zunimmt und hierdurch in Abhängigkeit von der Amperemeteranzeige den Kontakt erregt, könnten Schaltkreise in der Regeleinrichtung (Spulenleistungssteuerung) erregt werden und die zur magnetischen Klemmenspule 22 gelieferte Stromstärke erhöhen.
Wie später erläutert, gibt es einen maximalen Strom, der zur magnetischen Kiemmenspule geliefert werden kann, wodurch eine maximale Klemmkraft erzeugt wird. Folglich ergibt jegliche Zunahme des Stroms zum Vorschubmotor, die eine die maximale Klemmkraft übersteigende Schubkraft zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück erzeugt, eine unerwünschte Bewegung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück. Um diese Situation zu verhindern, sind die Bezugssignalquelle 42, der Komparatorkreis 44 und der Sperrschalter 46 vorgesehen. Die Bezugssignalquelle 42 erzeugt ein drittes Bezugssignal mit einer Größe, die vom maximal zulässigen Strom abhängt, der zum Vorschubmotor 16 geliefert werden kann. Der Komparatorkreis 44 enthält einen Betriebsverstärkerkreis 76, der die Größe des ersten Signals mit der Größe des

jo dritten Bezugssignals vergleicht. Wenn die Größe des ersten Signals die Größe des dritten Bezugssignals übersteigt, erzeugt der Betriebsverstärker 76 ein vom Verstärker 78 erzeugtes Sperrsteuersignal und über die Leitung 52 einen Ausgang zum Sperrschalter 46. Dieses Sperrsteuersignal bewirkt, daß der Sperrschalter 46 die Stromquelle 18 vom Vorschubmotor 16 trennt und hierdurch die Bewegung des Werkzeugmaschinenschlittens beendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Regeln der magnetischen Haltekraft einer eine Magnetspule aufweisenden elektrischen Magnetspanneinrichtung, die auf einem mittels eines aus einer Stromquelle gespeisten Elektromotors vorschubbeweglichen Tisch einer Werkzeugmaschine aufgespannt ist, wobei die magnetische Haltekraft in Abhängigkeit eines Bearbeitungsvorgangs veränderbar ist, wozu die Vorrichtung eine zwischen der Magnetspule der Magnetspanneinrichtung und einer Stromquelle für die Magnetspule angeschlossene Regeleinrichtung enthält, zum Regeln der der Magnetspule zugeführten Energie als Funktion eines Steuersignals, gekennzeichnet durch eine den Strom von der Stromquelle (18) zum Vorschubmotor (16) erfassende Stromdetektoreinrichtung (24) zum Erzeugen eines Signals als Funktion der zum Elektromotor (16) gelieferten Energie, durch eine mit der Stromdetektoreinrichtung (24) verbundene Vergleichseinrichtung (32) zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugssignal zur Erzeugung des Steuersignals, welches der Regeleinrichtung (34) zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdetektoreinrichtung (24) folgendes enthält: Einen in Reihe mit dem Vorschubmotor (16) und der Stromquelle (18) geschalteten Stromfühlwiderstand (54) und einen Verstärkerkreis (56) mit Eingängen, die über den Stromfühlwiderstand (54) angeschlossen sind, um das Signal mit einer Größe zu erzeugen, die der Größe des zum Vorschubmotor (16) gelieferten Stroms proportional ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (32) folgendes enthält: Einen Bezugssignalgenerator (30) zum Erzeugen eines Bezugssignals von gegebener Größe und einen vom Bezugssignal und vom Stromdetektorsignal abhängigen Komparatorkreis (58, 60) zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von der Größe des die Größe des Bezugssignals übersteigenden Stromdetektorsignals.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (34) folgendes enthält: Einen in Reihe mit der Magnetspule (22) und einer Spulenenergiezufuhr (31) geschalteten Regelwiderstand (66) zum kontinuierlichen Liefern von Strom zur Magnetspule (22) und einen parallel mit dem Regelwiderstand (66) geschalteten Schaltkreis (68, 72) zum Erhöhen der Größe des Stromes zur Magnetspule (22) in Abhängigkeit vom Steuersignal.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (42, 44, 46) zum Abschalten des Vorschubmotors (16) in Abhängigkeit von der Größe des Stromdetektorsignals.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (42, 44, 46) folgendes enthält: Eine Bezugssignalquelle (42) zum Erzeugen eines zweiten Bezugssignals von gegebener Größe, einen vom zweiten Bezugssignal und vom Stromdetektorsignal abhängigen zweiten Komparatorkreis (44) zum Erzeugen eines Sperrsteuersignals in Abhängigkeit von der Größe des die Größe des zweiten Bezugssignals übersteigenden Stromdetektorsignals und einen in Reihe mit dem Vorschubmotor (16) und der Stromquelle (18) geschalteten und vom Sperrsteuersignal abhängigen Sperrschalter (46) zum Trennen des Vorschubmotors (16) von der Stromquelle (18) in Abhängigkeit vom Sperrsteuersignal.