DE2701413C2

DE2701413C2 - Steuerungsvorrichtung für den Gleichstrommotor des Vorschubantriebs eines Tisches od.dgl. an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2701413C2
Application number: DE2701413A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Toyota Aichi Fukuma; Yoshito Aichi Kato; Takao Tokorozawa Saitama Terui
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-01-16
Filing date: 1977-01-14
Publication date: 1985-04-11
Also published as: JPS5287774A; US4322669A; DE2701413A1; FR2357330B1; GB1573941A; FR2357330A1; JPS5628648B2

Description

Die Erfindung bezieht sxh auf jine Steuerungsvorrichtung der im OberbegriP des Patentanspruchs genannten Art

Bei einer solchen aus der DE-Z. »elektrische Ausrüstung«, 1974, Nr. 5, Seiten 9—14 bekannten Steuerungsvorrichtung wird der dem Gleichstrommotor zugeführte maximale Strom von der Strombegrenzungsschallung begrenzt, um den Gleichstrommotor und die mit ihm verbundenen elektrischen Schaltungen vor einer Überlastung zu schützen, wenn der dem Gleichstrommotor zugeführte Strom langer als eine Sekunde gleich dem zwei- bis zehnfachen Dauer-Nennstrom ist. Andererseits findet bei dieser bekannten Steuerungsvorrichtung die Steuerung des dem Gleichstrommotor zugeführten Stromes lediglich über die Drehzahlregelung statt, so daß also der Gleichstrommotor beim Anschlagen des Tisches an einem Festanschlag seinen maximal zulässigen Strom erhalten würde, um auch ein maximales Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, das dann als ein Haltemoment an denn Anschlag wirken würde. Dieser dem Gleichstrommotor dann zugeführte maximal zulässige Strom würde aber mit Sicherheit zu einer starken Erwärmung und Belastung des Gleichstrommotors sowie der ihn steuernden Schaltungen führen, was die Lebensdauer der Gesamtanordnung verkürzen und zu einem unnötigen Energieverbrauch führen würde.

Aus der DE-PS 9 08 997 ist eine ähnliche Steuerungsvorrichtung bekannt, mit der die Tischbewegung automatisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Tisches so zu steuern ist, daß die Tischbewegung vom Eilgang auf Vorschub und umgekehrt selbsttätig umgeschaltet werden kann und der Tisch am Ende eines Arbeitsganges selbsttätig stillzusetzen ist. Auch eine Umsteuerung der Tischbewegung auf Rücklauf ist möglich.

Aus der DE-Z. »Steuerungstechnik« 4 (1971), Nr. 10, Seiten 301 bis 307 ist es bei mit Gleichstrommotoren ausgerüsteten Vorschubantrieben bekannt, der Drehzahlregelung des Gleichstrommotors eine Stromregelung zu unterlagern, wobei das Ausgangssignal des Drehzahlreglers den Sollwert für den nachfolgenden Stromregler darstellt Dadurch kann von dem Gleichstrommotor ein ausreichendes Haltemoment auf den Tisch einer Werkzeugmaschine ausgeübt werden, wenn dieser in seiner stillgesetzten Stellung an einem Festanschlag gehalten werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art so weiterzubilden, daß der Tisch auch am Ende eines Arbeitsganges, also am Ende des Vorschubs zum Bearbeiten des Werkstückes und vor Beginn seines Rücklaufes in der durch einen Festanschlag vorgegebenen Endstellung exakt festgehalten wird.

Bei einer Steuerungsvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung erfolgt also neben der üblichen Begrenzung des an den Gleichstrommotor abgegebenen Stromes auf einen zulässigen Maximalwert auch eine Begrenzung des an den Gleichstrommotor abgegebenen Stromes auf einen vorgegebenen weiteren Wert, der kleiner als der Maximalwert ist Dieser vorgegebene Wert ist dabei jedoch höher als der z. B. während eines Bearbeitens eines Werkstückes an den Gleichstrommotor abgegebene Strom, damit der Gleichstrommotor während der Verweilzeit des Tisches an diessn ein ausreichend großes Haltemoment gibt um dem der Tisch gegen den Festanschlag gedrückt wird, 50 daß keine Schwingungen des Tisches während der Verweilzeit oder aber ein Zurückfedern des Tisches beim Anschlagen an den Festanschlag möglich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Vorschubantriebes einer Werkzeugmaschine, die mit einer Steuerungsvorrichtung nach der Erfindung versehen ist,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der in F i g. 1 gezeigten Steuerungsvorrichtung,

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Drehzahl des Gleichstrommotors, die das Arbeiten des Vorschubantriebes bei der Erfindung zeigt und

F i g. 4 eine grafische Darstellung des Drehmomentes des Gleichstrommotors beim Vorschubbetrieb.

In F i g. 1 sind Seenplatten 11 und 12 auf einem Fundament 10 der Werkzeugmaschine vorgesehen. Eine Vorschubführung 13 ist mit den Seitenplatten 11 und 12 verbunden. Ein Tisch 14 befindet sich gleitend mit der Vorschubführung 13 im Eingriff, so daß er in F i g. 1 sich von links nach rechts bewegen kann. Eine Spindeleinheit 15 ist mit dem Tisch 14 verbunden, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist Ein Gleichstrommotor 16 ist mit der Seitenplatte 12 verbunden, und eine Vorschubspindel 18 ist mit der Antriebswelle des Gleichstrommotors 16 über eine Kupplung 17 verbunden. Die Vorschubspindel 18 greift in eine Vorschubmutter 19 ein, die am Tisch 14 befestigt ist, so daß dieser bewegt wird, wenn der Gleichstrommotor 16 seine Antriebswelle dreht.

Der Gleichstrommotor 16 wird über einen Anschluß 21 und eine Steuerschaltung 20 gespeist. Die Drehzahl des Gleichstrommotors 16 wird durch die Steuerschaltung 20 gesteuert. Die Steuerschaltung 20 arbeitet in

27 Ol 413

Abhängigkeit von die Tischstellungen angebenden Signalen, die einer Gruppe von Anschlüssen 22 zugeführt werden. Grenztaster 23,24 und 26 sind neben dem Tisch 14 vorgesehen. Ein- bzw. Aus-Signale von den Grenztastern 23» 24,25 und 26 werden an die Gruppe von Anschlüssen 22 gegeben. Die Grenztaster 23,24,25 und 26 werden durch Betätigungsglieder 27,28 und 29 betätigt, die an dem Tisch 14 befestigt sind. Ein Festanschlag 30 ist an der Seitenplatte 11 in einer bestimmten Stellung so befestigt, daß der Tisch 14 in der Stellung stillgesetzt wird, in der er das Ende des Festanschlages 30 berührt.

In F i g. 2 sind die wesentlichen Bauteile der Steuerschaltung 20 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Gleichstrommotor 16 ein Reihenschluß-Gleichstrommotor. Der Speisequellenanschiuß 21 erhält elektrische Leistung in Form eines zweiphasigen oder dreiphasigen Wechselstroms. Der Wechselstrom wird in einen Gleichstrom mit Hilfe eines Umformers 31 umgeformt und danach dem Gleichstrommotor 16 zugeführt. Die Ausgangsleistung des Umformers 31 wird durch eine Strombegrenzungsschaltung 32 und eine Steuerschaltung 33 für. eine Geschwindigkeitsänderung gesteuert Die Strombegrenzungsschaltung 32 hat Vorrang vor der Steuerschaltung 33 für die Geschwindigkeitsänderung und steuert den Ausgangsstrom des Umformers 31. Außerdem erhält die Strombegrenzungsscha'tung 32 zum zusätzlichen Schutz des elektrischen Antriebs als Ganzes ein Signal von dem Grenztaster 26 und gibt ein Steuersignal an den Umformer 31, wodurch der Gleichstrommotor 16 einen bestimmten konstanten Strom erhält, wenn der Tisch 14 seine Verweilstellung am Festanschlag 30 erreicht hat Die übrigen Grenztaster 23,24 und 25 sind elektrisch mit der Steuerschaltung 33 für die Geschwindigkeitsänderung verbunden und geben Signale an den Umformer 31 in Abhängigkeit von der Stellung des Tisches 14.

Außerdem dient im vorliegenden Fall die Strombegrenzungsschaltung 32 nicht nur zum Schutz des elektrischen Antriebs als Ganzes in der Verweilstellung am Festanschlag 30, sondern sie begrenzt auch im Betrieb den Strom auf eine maximale Größe, die ausreicht, um den Betrieb während des Schneidvorgangs, während des schnellen Vorschubs und während des schnellen Rücklaufs aufrechtzuerhalten. Hat jedoch die Strombegrenzungsschaltung 32 ein Signal von dem Grenztaster 26 erhalten, so begrenzt sie den Strom auf einen vorgegebenen niedrigeren Pegel solcher Größe, daß die Verweilstellung sicher aufrechterhalten wird. Außerdem ist eine Geschwindigkeitsrückkopplungsschaltung 34 mit der Steuerschaltung 33 für die Geschwindigkeitsänderung verbunden. Diesp führt das Ausgangssignal des Umformers 31 derart zurück, daß die Geschwindigkeit des Vorschubs des Tisches 14 nach Maßgabe des jeweiligen Sollwerts geregelt wird.

Die Arbeitsweise, bei der der Tisch über einen Zyklus zwischen vorgeschriebenen Stillsetzstellungen bewegt wird, wird nachfolgend anhand der F i g. 3 und 4 erläutert Vor Beginn des Zyklus wurde der Tisch 14 nach links (F i g. 1) bewegt und in einer Stellung stillgesetzt, in der das Betätigungsglied 27 den Grenztaster 23 berührt hat Erhält die Steuerschaltung 20 nun ein Startsignal, das in den Figuren nicht dargestellt ist, so wird ein Sollwert-Signal für maximale Geschwindigkeit an den Umformer 31 gegeben, und es tritt ein schneller Vorschub von dem Startpunkt U bis zu h auf, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Wie aus den in F i g. 4 gezeigten Drehmomentkennlinien klar wird, iiegt das Startdrehmoment des Gleich strommotors 16 auf einem maximalen Wert am Startpunkt t\. Während des regulären schnellen. Vorschubs fällt das Drehmoment auf einen gleichbleibenden Wert Während des Vorschubs des Tisches 14 werden die Grenztaster 23 und 24 von den Betätigungsgliedern 17 und 28 geschaltet Jedoch bewirkt dieser Schaltvorgang keinerlei Signalgabe an den Umformer 31. Der Tisch 14 behält dabei eine gleichmäßige Geschwindigkeit bei. Das Betätigungsglied 28 wird mit dem Tisch 14 verschoben, und bei der Umschaltung des Grenztasters 25 durch das Betätigungsglied 28 wird ein Geschwindigkeitsverminderungssignal an den Umformer 31 gegeben, und die Vorschubgeschwindigkeit wird auf die gewünschte Geschwindigkeit zum Zeitpunkt h herabgesetzt Diese Geschwindigkeitsänderung, die durch die

Grenztaster bewirkt wird, wird durch eine Änderung der die Geschwindigkeit vorgegebenen Spannung (Sollwert) bewirkt, die an die Steuerschaltung 33 für die Geschwindigkeitsänderung gegeben wird. Im einzelnen werden die vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwert-Spannungen, die von der Steuerschaltung 33 für die Geschwindigkeitsänderung erzeugt werden, durch Umschalten der Grenztaster 23,24 uno^i5 ausgewählt Der Umformer 31 wird durch diese Geschv-indigkeits-Sollwertspannungen gesteuert In den F i g. 3 und 4 gibt das Intervall zwischen ti und f3 den Schneidvorgang an. Die Bearbeitung des Werkstücks beginnt bei i2, und das Werkr=ück wird mit einer niedrigen Geschwindigkeit bis zu f3 bearbeitet

Die Stellung, bei der der Schneidvorgang beendet ist, wird erfaßt, wenn der Grenztaster 26 durch das Betätigungsglied 29 umgeschaltet wird. Das Intervall zwischen f3 und U (F i g. 3,4) gibt das Verweilen an, das bei einer Stellung auftritt, bei der der Schneidvorgang beendet ist Während des Verweilens ist der Tisch 14 durch den Festanschlag 30 stillgesetzt, und der Gleichstrommotor 16 erhält nach Maßgabe der Strombegrenzungsschaltung 32 einen vorgegebenen Strom, der kleiner als der maximale Strom, aber größer als der Strom beim Bearbeiten ist (siehe F i g. 4). Daher wird ein Haltemoment, das höher als das Schneidmomeni ist, ?uf den Tisch 14 zwischen h und U in F i g. 4 während, der Ruheperiode ausgeübt, die während des in F i g. 3 gezeigten Verweilens auftritt. Als Folge davon wird der Tisch 14 sicher in seiner stillgesetzten Stellung festgehalten, und während des Verweilens wird eine Bewegung oder ein Schv/ingen des Tisches 14 verhindert, wodurch eine größere Genauigkeit der Steuerung möglich ist.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Verweilzeit durch einen Zeitgeber od. dgl.

so bestimmt, der innerhalb der Strombegrenzungsschaltung 32 vorgesehen ist. Nachdem die bestimmte Zeitdauer bei U verstrichen ist, erhält der Gleichstrommotor 16 einen Strom umgekehrter Richtung, und es beginnt der Rücklaufvorgang. Während des Rücklaufvorgangs ^;st dnc hohe Drehzahl des Gleichstrommotors 16 vorgegeben.

Wird der Grenziaster 24 durch das Betä?jgungsg!ied 27 geschaltet, so wird die Drehzahl des Gleichstrommotors 16 mit Hilfe der zuvor beschriebenen Änderung der GeschwindigkeJts-Sollwertspannung wieder vermindert, und der Tisch 14 geht in eine Bewegung mit langsamer Geschwindigkeit über. Wird dann der Grenztaster 23 durch das Betätigungsglied 27 geschaltet, so wird die dem Gleichstrommotor 16 zugeführte Spannung unterbrochen, und der Vorschubzyklus des Tisches 14 ist beendet.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gleichstrommotor 16 ein Reihenschluß

Gleichstrommotor, dessen Drehzahl mit Hilfe einer magnetischen Feldsteuerung und einer Spannungssteuerung gesteuert wird. Es kann jedoch auch ein Nebenschlußmotor oder ein fremderregter Gleichstrommotor
benutzt werden. Außerdem ist es ebenfalls möglich, eine 5 Reihenwiderstandssteuerung oder andere Geschwindigkeitssteuerungsarten zu benutzen. Auch gehören die
wesentlichen Bauteile der Steuerschaltung 20 in verschiedener Ausführung zum Stand der Technik. Außerdem kann die Kupplung 17 durch ein einfaches Paar von io Zahnrädern ersetzt werden, und die Geschwindigkeits-Sollwertspannungen können mit Hilfe von Spannungsteilern erhalten werden. Schließlich kann der Zeitgeber,
der die Verweilzeit festlegt, auch außerhalb vorgesehen
werden. 15

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

27 ül

Patentanspruch:

Steuerungsvorrichtung für den Gleichstrommotor des Vorschubantriebs eines Tisches od. dgl. an Werkzeugmaschinen mit mehreren ortsfest angeordneten, von am Tisch ein- und feststellbaren Betätigungsgliedern betätigbaren Grenztastern zum Erzeugen von bestimmten Stellungen des Tisches entsprechenden Signalen, mit einer mit den Grenztastern verbundenen Steuerschaltung zum Ändern der Drehzahl des Gleichstrommotors nach Maßgabe eines von einem der Grenztaster zugeführten Signals dann, wenn der Tisch eine von bestimmten Geschwindigkeitsänderungsstellungen erreicht, und mit einer Strombegrenzungsschaltung, durch die der dem Gleichstrommotor zugeführte Strom auf einen Maximalwert begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festanschlag (30) für eine Verweilstellung des Tisches (14) an einer Bewegungsgrenze des Tisches (14) angeordnet ist, daß an einer der Verweilstellung entsprechenden Stelle ein Grenztaster (26) vorgesehen ist, durch den in der Verweilstellung des Tisches (14) die Strombegrenzungsschaltung (32) derart umschaltbar ist, daß der dem Gleichstrommotor (16) zugeführte, das Andrückmoment des Tisches (14) am Festanschlag (30) bestimmende Strom auf einen vorgegebenen Wert kleiner als der Maximalwert begrenzt ist.

30