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Vorrichtung zur Steuerung des Arbeitszylinders für die
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Schllttonbewegungen von Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Steuerung des Arbeitszylinders für die Schlittenbewegung von
Werkzeugmaschinen in Eilgang und Vorschub. Aus Gründen eines wirtschaftlichen Betriebes
der Werkzeugmaschine soll die Bewegung des Werkzeugschlittens erst dann von Eilgang
auf Vorschub umgeschaltet werden, wenn sich das Werkzeug in unmittelbarer Nähe des
Werkstückes befindet. Dies setzt eine sehr hohe Positioniergenauigkeit für den Umschaltpunkt
der Schlittenbewegung voraus.
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Bei den bekannten Steuervorrichtungen für den die Schlittenbewegung
der Werkzeugmaschine bewirkenden Arbeitszylinder ist die Streuung des Umschaltpunktes
verhältnismäßig groß, weshalb zur Vermeidung eines Åuffahrens des Werkzeuges auf
das Werkstück in Eilgang der Umschaltpunkt um den Bereich der Streuung vor dem Werkstück
liegen muß. Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Vorrichtungen besteht in dem
ungedämpften Umschalten von Eilgang auf Vorschub, so daß während des Umschaltvorganges
die Maschine beeinträchtigende Schaltschläge auftreten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung nach dem
Gattungsbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die eine hohe Positioniergenauigkeit
und damit einen wirtschaftlichen Betrieb der Werkzeugmaschine gestattet und gleichzeitig
ein weitgehend schlagfreies Umschalten von Eilgang auf Vorschub gewährleistet,
sowie
durch Leclcölfreiheit auch kleinste Vorschubgeschwindigkeiten und ein weiches Anfahren
im Eilgang ermöglicht und ein Auswandern unterbindet.
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Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 erreicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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In der einzigen Figur bezeichnet I den Eilgangblock, II den Vorschubblock
und III den Sicherheitsblock. Mit 4 ist der Arbeitszylinder bezeichnet, der die
Schlittenbewegung einer nicht näher dargestellen Werkzeugmaschine bewirkt. Mit 5
ist die an dem Arbeitszylinder angreifende äußere Last bezeichnet, die in Richtung
des Zylinderraumes 4a wirksam ist. Von dem Zylinderraum 4a führt eine-Arbeitsleitung
6 und vom Zylinderraum 4b eine Arbeitsleitung 7 zum Eilgangblock I. Von dort führt
ein mit der Arbeitsleitung 6 verbundener Kanal 6a weiter zu dem Sitzelement 8 und
über den Kanal 6b zu dem Sitzelement 9. Ein weiterer Kanal 7a, der mit der Arbeitsleitung
7 verbunden ist, führt über die Kanalabschnitte 7b, 7c zu den Sitzelementen lo und
11. Die Sitzelemente weisen in ihren Steuerräumen 8a, 9a, loa und lla Druckfedern
42 auf, die die Verschlußkörper 8b, 9b,lob und llb in Schließrichtung belasten.
Derartige Sitzelemente bzw. Logikelemente sind bekannt, beispielsweise unter dem
Kapitel 5.4.7. in dem Handbuch von H. Ebertshäuser "Bauelemente der ölhydraulik,
Teil II, Krausskopf-Verlag 1974. Mit dem Sitzelementenraum 8c des Sitzelementes
8 steht ein Kanal 12 in Verbindung, der wahlweise über das Kanalteilstück 12b
mit
/dem mit dem Tank in Verbindung stehenden Kanal T oder über das Kanalteilstück 12a
mit dem Kanal 13 zu verbinden ist.
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Der Kanal 13 steht mit dem mit der Druckmittelguelle in Verbindung
stehenden Kanal PE in Verbindung und führt über die Kanalstücke 13a, 13b zu den
Sitzelementenräumen 9c, loc.
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In dem Kanalstück 13a ist ein in Richtung des Sitzelementenraumes
9c öffnendes Rückschlagventil 35 angeordnet. Damit werden die Sitzelementenräume
9c, loc von der Druclumittelflüssigkeit beaufschlagt. Der Sitzelementenraum llc
steht über den Kanal 14 mit dem mit dem Tank in Verbindung stehenden Kanal T in
Verbindung. Demnach sind der Arbeitsleitung 6 die beiden Sitzelemente 8 und 9 und
der Arbeitsleitung 7 die beiden Sitzelemente lo und 11 zugeordnet, wobei jeweils
das eine Sitzelement (8, 11) mit dem Tank und das andere Sitzelement (9,10) mit
der Druckmittelquelle in Verbindung steht. Die Zuführung der Steuerflüssigkeit zu
den Steuerräumen der Sitzelemente zu deren Ansteuerung erfolgt über das Vorsteuerventil
16 und die fest eingestellen Drosseln 15, wobei in den Schaltstellungen a und b
des Vorsteuerventils 16 über die Steuerkanäle 17 und 18 die-Sitzelemente jeweils
paarweise angesteuert werden, und zwar das Sitzelement 8 gemeinsam mit dem Sitzelement
lo und das Sitzelement 9 gemeinsam mit dem Sitzelement 11. In der Mittelstellung
c des Vorsteuerventils 16 werden alle vier Sitzelemente gleichzeitig vom Steuerdruck
beaufschlagt und damit in ihrer Schließstellung gehalten. In dieser Schaltstellung
der Sitzelemente ist der Kolben 4c des Arbeitszylinders 4 hydraulisch leckölfrei
sind.
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blockiert, so daß kleinste Vorschubgeschwindigkeiten zu fahren/ Der
Druckanschluß P des Vorsteuerventils 16 ist entweder über die Steuerkanalabschnitte
19a, 19b unmittelbar mit dem mit der
Steuermittelguelle in Verbindung
stehenden Steuerkanal 20 in Verbindung oder über die Steuerkanalabsehnitte 21, 22,
23 mit Rückschlagventil 24 sowie über den mit dm Kanalâbschnitt 19b in Verbindung
stehenden Kanalabschnitt 25 mit dem Steuerkanal 70 in Verbindung. Der Tankanschluß
T des Vorsteuerventils steht über den Steuerkanal 26 unmittelbar mit dem zum Tank
führenden Steuerkanal L in Verbindung.
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In der Schaltstellung a des Vorsteuerventils 16 ist die Steuerleitung
17 mit der Steuermittelquelle verbunden und die Steuerleitung 18 mit dem Tank. Demnach
werden die Sitzelemente 8 und lo durch das Steuenoittel in ihrer geschlossenen Position
gehalten Die Steuerleitung 18 der Sitzelemente 9 und 11 ist mit dem Tank verbunden,
so daß die Sitzelemente 9, 11 lediglich durch die schwache Feder 42 in ihrer geschlossenen
Position gehalten werden und deshalb von der zu- und abströmenden Arbeitsflüssigkeit
in ihre Offenstellung verschoben werden. In dieser Position der Sitzelemente strömt
unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit über den Kanal 13, den Kanalabschnitt 13a
mit Sicherheitsventil 35, das sich durch das Druckmittel gegen die geringe Kraft
der Druckfeder 42 sich öffnende Sitzelement 9 sowie über die Kanalabschnitte 6b,
6a und den Kanalabschnitt 6c mit entsperrbarem Rückschlagventil 38 im Sicherheitsblock
III weiter über die Arbeitsleitung 6 zum kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a,
so daß der Kolben 4c mit Kolbenstange 4d und außen angreifender Last 5 in Richtung
des Zylinderraumes 4b belastet ist. Da der Zylinderraum 4b über die Arbeitsleitung
7, den Kanalabschnitten 7a, 7c und das Sitzelement 11 sowie über den Kanal 14 mit
dem Tankkanal T in Verbindung steht, verschiebt sich der Kolben mit Kolbenstange
in Richtung des kolbenseitigen Zylinderraumes 4b.
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In der Schaltstellung h des Vorsteuenentil. 6 s i"e '?iY2.e elemente
9 und 11 vom Steuerdruck beaufschlagt und ct geschlossen, so daß die Sitzelemente
8 und 10 die Arbeitsbewegung des Kolbens 4c des Arbeitszylinders 4 bestiimen, und
zwar in C"L't\ Sinne, daß sich der Kolben 4c in Richtung des kolbenstangenseitigen
Zylinderraumes 4a bewegt. Sobald das Vorsteuerventil 16 in die gezeigte Mittelstellung
c zurückverschoben wir, sind sämtliche vier Sitzelemente vom Steuerdruck beaufschiaat
und damit in ihrer geschlossenen Stellung, in der der Kolben 4c des Arbeitszylinders
hydraulisch blockiert ist. Der Arbeitszylinder 4 ist als Differentialzylinder ausgebildet,
d. h. die der Kolben stange 4d abgewandte von der Arbeitsflüssigkeit zu beaufschlagende
Fläche des Kolbens 4c ist größer als die der Kolbenstange zugewandte Fläche, so
daß bei gleicher Druckbeaufschlagung der beiden Zylinderräume 4a, 4b der Kolben
4c in Richtung des kolbenstangenseitigen Zylinderraumes 4a verschoben wird. Damit
ergibt sich die Möglichkeit, das aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a verdrängte
Arbeitsmittel nicht zurück in den Tank zu leiten, sondern unmittelbar zurück in
die Druckleitung, so daß die aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a verdrängte
Druckmittelflüssigkeit in wirtschaftlicher Weise dem Druckmittelkreis unmittelbar
wieder zuzuführen ist. Um dies in einfacher Weise zu erreichen, wird der Kanal 12
mit dem Kanal 13 über den Kanalabschnitt 12a verbunden, während-die Verbindung des
Kanals 12 mit dem zum Tank führenden Kanalabschnitt 12b unterbrochen wird.
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Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß in diesen Kanal-12b abschnitt/ein
Stopfen als Verschlußelement eingeschraubt wird.
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Für den Fall, daß ein Zylinder mit durchgehender Kolbenstange verwendet
wird, bei dem die druckbeaufschlagten Flächen des Kolbens auf beiden Seiten gleich
sind und demgemäß keine Rückverwertung des verdrängten Arbeitsmittels durchführbar
ist, wird aus der Stopfen / dem Kanalabschnitt 12b herausgenommen und damit die
Verbindung zwischen dem Kanal 12 und dem Kanalabschnitt 12b hergestellt und der
Stopfen in den Kanalabschnitt 12a eingesetzt und damit dessen Verbindungsfunktion
unterbunden. Der Vorschubblock II vereinigt ein als 4-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil
25 mit den Schaltstellungen a, b und c, zwei Druckventile 26, 27, einen Stromregler
28 sowie ein 2-Wegeventil 29 mit den Schaltstellungen a und b und zwei Rückschlagventile
30, 31.
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Das 2-Wegeventil 29, das eine Durchgangsstellung a und eine Sperrstellung
b aufweist, ist bei Verwendung eines Differentialzylinders als Arbeitszylinder 4
erforderlich, damit während der Bewegung des Kolbens 4c in Richtung des kolbenstangenseitigen
Zylinderraumes 4a das aus diesem Zylinderraum verdrängte Arbeitsmittel nicht über
den Vorschubsteuerblock II zurück in den Tank strömt, infolge des Verbindungskanals
40 zwischen Kanalabschnitt 6a und Kanal 41, der über das nur eine kleine Druckeinstellung
aufweisende Druckbegrenzungsventil 26, den Kanälen 32, 33 sowie über das Steuerventil
25 in Schaltstellung b mit dem zum Tankkanal T führenden Kanal 34 in Verbindung
steht. Bei Betätigung des Steuerventils 16 aus der Schaltstellung c in die Schaltstellung
b werden die Sitzelemente 9 und 11 vom Steuerdruck in der Schließstellung gehalten,
während die Sitzelemente 8 und lo entlastet sind. Das Arbeitsmittel strömt in dieser
Schaltstellung der Sitzelemente über den Kanal 13, das Sitzelement lo, die
den
Arbeitsleitungskanalabschnitt 7b Arbeitsleitung 7 und / dem kolbenseitigen Zylinderraum
4b zu und verschiebt den Kolben 4c in Richtung des olbenstangenseitigen Zylinderraum3s
4argas im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a verdrängte Arbeitsmittel strömt
über den Kanal 6, dem entsperrten Rückschlagventil 38, den Kanalabschnitten 6c,
6a das Sitzelement 8 sowie über den Kanal 12 und den Kanalabschnitt 12a unmittelbar
der Druckleitung 13 zu. Dadurch, daß die Steuerleitung 17 in der Schaltstellung
b des Steuerventils 16 mit dem Tank in Verbindung steht, steht über die Steuerleitungsabschnitte
17a, 17b auch der Steuerraum des 2-Wegeventils 29 mit dem Tank in Verbindung, so
daß durch die Feder 29a das 2-Wegeventil 29 in die Sperrstellung b verschoben ist.
Damit ist die Verbindung des Kanals 34 mit dem Tank unterbrochen, so daß das aus
dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum verdrängte Arbeitsmittel nicht über den Vorschubsteuerblock
II zum Tank entweichen kann, nachdem zur Erzielung eines weichen Uberganges aus
der Eilgangbewegung in die Vorschubbewegung das Steuerventil 25 mit der Betätigung
des Steuerventils 16 in die Schaltstellung b ebenfalls in die Schaltstellung b verschoben
wird und damit eine Verbindung zum Kanal 34 besteht.
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Mit Erreichen der vorgesehenen Position des Schlittens und damit des
Werkzeuges vor dem Werkstück wird durch Zurückschalten des Steuerventils aus der
Schaltstellung b in die Schaltstellung c der Eilgang abgeschaltet, indem sämtliche
vier Sitzelemente in ihrer geschlossenen Stellung durch die Steuerflüssigkeit gehalten
werden. Gleichzeitig wird über die Steuerkanäle 17a, 17b das 2-Wegeventil aus der
Sperrstellung b in die Durchgangs stellung a
geschaltet, so daß
die weitere Bewegung des Arbeitszylinders 4 und damit des nicht dargestellten Schlittens
einer Werkzeugmaschine durch den Vorschubblock erfolgt, wobei die Vorschubgeschwindigkeit
von der Einstellung des Stromreglers 28 festgelegt ist. Sobald die Vorschubbewegung
beendet ist, wird der Schlitten beispielsweise mittels Eilgang wieder zurück in
seine Ausgangslage verschoben. Der Steuerschieber wird hierzu aus der Schaltstellung
c in die Schaltstellung a verschoben. In dieser Schaltstellung bleibt die Durchgangsstellung
des 2-Wegeventils 29 des Vorschubsteuerblockes II erhalten. Fällt während der Abwärtsfahrt
des Kolbens mit Kolbenstange der Druck der Steuerflüssigkeit und der Druck des Arbeitsmittels
aus, schließt sich das entsperrbare Rückschlagventil 38 des Sicherheitsblockes III,
so daß der kolbenstangenseitige Zylinderraum 4a abgeschlossen ist und eine Bewegung
des Kolbens 4c mit Kolbenstange 4d in Richtung der an diesem außen angreifenden
äußeren Last wirkungsvoll unterbunden ist. Die Sitzelemente gewähren durch den Ausfall
des Druckes der Steuerflüssigkeit einen weitgehend durcklosen Umlauf des Arbeitsmittels
von der Druck- zur Tankseite. Fällt der Druck der Arbeitsflüssigkeit aus, während
der Steuerdruck infolge des Einbaues eines Speichers noch kurzseitig erhalben bleibt
und damit das entsperrbare Rückschlagventil 38 seine Durchgangsstellung noch beibehält,
sind in der Schaltstellung b des Steuerschiebers 16, in der der Kolben durch die
über die Kolbenstange 4a an diesem angreifende äußere Last 5 8a,loa abwärts fährt,
die Steuerräume / der Sitzelemente 8 und lo mit 9a 11a dem Tank und die Steuerräume/äer
Sitzelemente 9 und 11 mit der Steuermittelquelle verbunden. Durch das zunächst noch
geöffnete entsperrbare Rückschlagventil 38 bewegt sich der Kolben mit der an diesem
angreifenden Last zunächst noch weiter abwärts.
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Sobald der nicht dargestellte Schlitten seine vorgegebene Endlage
für die Eilgangbewegung erreicht hat, schaltet über einen Endschalter das Steuerventil
16 in seine Ausgangsschaltstellung c zurück, in der sämtliche vier Sitzelemente
von der Steuerflüssigkeit beaufschlagt und damit in Schließlage gehalten werden,
so daß ein weiteres Absinken des Schlittens wirkungsvoll unterbunden ist. Baut sich
der Druck der Steuerflüssigkeit soweit ab, daß dieser die Sitzelemente nicht mehr
in ihrer geschlossenen Lage zu halten vermag, kommt bei Weiterbewegung des Kolben
der in der Arbeitsleitung 6 und Arbeitskanal 6a, infolge der im Eilgangblock auftretenden
Strömungswiderstände, sich einstellende Druck zur Wirkung, und zwar über den mit
dem Kanal 6c in Verbindung stehenden Kanal 37 mit Rückschlagventil 36, der mit dem
zum Steuerkanal 21 führenden Kanalabschnitt 22 verbunden ist.
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In der geschlossenen Stellung der Sitzelemente wirkt dann der Druck,der
im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a infolge der äußeren Last 5 wirkt. Da dieser
Druck im jeweiligen Steuerraum 8a, 9a, loa, lla der Sitzelemente eine größere Fläche
der Verschlußkörper in Richtung deren Schließstellung beaufschlagt als in deren
Gegenrichtung und die Verschlußkörperzusätzlich von den Federn 42 in Schließrichtung
belastet sind, bleiben die Sitzelemente in ihrer geschlossenen Stellung und gewährleisten
damit ein sicheres Halten des Arbeitszylinders. Fällt bei der Aufwärtsbewegung des
Kolbens der Druck des Arbeitsmittels aus, während der Steuerdruck noch ansteht,
so daß das entsperrbare Rückschlagventil 38 noch in Durchgangsstellung geschaltet
ist, stützt sich das Arbeitsmittel auf dem im Kanalabschnitt 13a angeordneten Rückschlagventil
ab. Fällt auch der Druck der Steuerflüssigkeit
ab, schließt das
entsperrbare Rückschlagventii, so daß sich die im kolbenstangenseitigen Zylinderraum
befindliche rbeitsflüssigkeit auf dem geschlossenen entsperrbaren Rückschlagventil
38 abstützt. Ebenso wie bei der Abwärtsfahrt kann auch bei der Aufwärtsfahrt bei
noch geöffnetem entsperrbaren Rückschlagventil 38 ein Abschluß des kolbenstangenseitigen
Zylinderraumes dadurch herbeigeführt werden, daß das Steuerventil in die Schaltstellung
c geschaltet wird, so daß über die Leitung 37 und Rückschlagventil 36 das aus dem
kolbenstangenseitigen Zylinderraum 4a verdrängte Arbeitsmittel die Sitzelemente
in Schließstellung hält.
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Durch die parallele Zuordnung des Eilgangblockes I zum Vorschubblock
II wird die Möglichkeit geschaffen, daß das zum Arbeitszylinder 4 zu leitende Arbeitsmittel
für dessen Vorschubbewegung ausschließlich über den Vorschubblock erfolgt, also
unter Umgehung des Eilgangblockes mit dessen Sitzelementen.
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Dadurch braucht das die Vorschubrichtung bewirkende Steuerventil
25 lediglich auf die geringe Arbeitsflüssigkeitsmenge für die Vorschubgeschwindigkeit
abgestimmt zu werden. Außerdem könneiihierbei die Sitzelemente des Eilgangblockes
leckölfrei abgeschlossen werden, so daß geringste Vorschubgeschwindigkeiten sicher
zu beherrschen sind. Außerdem laßt sich durch die parallele Anordnung des Eilgang-
und Vorschubblockes ein weiches Abschalten aus dem Eilgang an jeder beliebigen Stelle
des Zylinderhubes gewährleisten. Ferner läßt sich durch die Anordnung der als Gegenhalteventile
wirkenden Druckbegrenzungsventile 26, 27 in jedem Arbeitsflüssigkeitskanalabschnitt
32,43 in der Ausgangsstellung c
des Steuerventils 25 des Vorschubblockes
und in der Schließstellung der Sitzelemente des Eilgangblockes ein Auswand£'rn der
Zylinderstange des Arbeicszylinders und damit des WeLkzeugschlittens mit Sicherheit
unterbinden.