DE2818526C2 - Steuerungsvorrichtung für den Antrieb einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in vorbestimmter Winkelstellung - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für den Antrieb einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in vorbestimmter Winkelstellung

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Description

Ankerwicklung 6 bilden einen Gleichstrom-Spindelmotor 7, dessen Rotorwelle die Spindel 4 ist
In dem rechten Endteil der Spindel 4 ist ein konisches Loch 8 zur Aufnahme eines konischen Teils ti eines Werkzeughalters 10 für ein Werkzeug 9 gebildet Ein Anschlag 12 an der Vorderseite des Werkzeughalters 10 steht in Eingriff mit dem Endteil einer Zugstange 13, die im Hohlraum der Spindel 4 angeordnet ist Da die Zugstange 13 durch eine Schraubenfeder 14 nach links (in die —Z-Richtung) gezogen wird, wird dar Werkzeug
9 mit der Spindel 4 in dem in F i g. 1 gezeigten Zustand drehfest verbunden. Demgemäß wird das Werkzeug 9 durch die Drehung des Spindeimotors 7 angetrieben.
Am linken Endteil der Spindel 4 ist eine Steuerscheibe 15 zum Steuern der Drehzahl der Spindel 4 und zum Anhalten in einer bestimmten Stellung vorgesehen, wobei die Scheibe mit einem Impulskodierer 13 über Steuerriemen 16 und 17 gekuppelt ist
Der Impulskodierer 18 erzeugt einen Impuls für jede Drehbewegung der Spindel 4 um einen vorbestimmten geringen Winkel und einen Impuls bei einer bestimmten Drehstellung der Spindel 4. Bei der dargvstellten Ausführungsform wird eine Schlitzscheibe 19 des Impulskodierers 18 einmal während jeder Drehung der Spindel 4 gedreht, wobei die Schlitzscheibe mehrere Schlitze 20, die in bestimmten Abständen in einem Kanal längs eines Umfangs der Scheibe gebildet sind, und einen Schlitz 21 in einem Kanal auf einem anderen Umfang aufweist Ein Paar Photodetektoren 23 und 24 ist auf einer Seite der Schlitzscheibe 19 einer Lichtquelle 22 auf der anderen Seite der Schlitzscheibe 19 gegenüberliegend angeordnet. Der Photodetektor 23 erzeugt ein Impulszugsignal, das aus Impulsen besteht von denen jeder bei jeder Drehbewegung der Spindel 4 um einen geringen Winkel auftritt. Der andere Photodetektor 24 erzeugt einen Stellungsimpuls in einer besonderen Winkelstellung der Drehbewegung der Spindel 4.
Fig. 1 zeigt den Zustand, bei dem die Spindel 4 in einer vorbestimmten Stellung angehalten ist Zum Zurückziehen des Werkzeugs 9 von der Spindel 4 wird ein abgesetzter Werkzeughalteteil 26 des Werkzeugspeichermagazins 25 senkrecht zu dem Werkzeughalter
10 in Eingriff mit einer Umfangsnut 27 des Werkzeughalters bewegt. Dann wird der Reitstock 1 in der — Z-Richtung durch einen Vorschubmttor MZund eine Vorschubspindel LSZbewegt, wodurch ein Winkelhebel 28 durch eine Kurvensteuerscheibe 29 im Uhrzeigersinn um eine Welle 30 gegen den Druck einer Feder 31 gedreht wird, um das linke Ende der Zugstange 13 in die Spindel 4 in die +Z-Richtung zu drücken. Als Ergebnis wird der Anrchlag 12 des Werkzeughalters 10 aus der Sperre durch die Zugstange 13 freigegeben und das Werkzeug 9 und der Werkzeughalter 10 werden in dem Werkzeugspeichermagazin 25 gehalten. Die Spindel 4 bewegt sich von dem Werkzeughalter 10 weg, um eine Stellung einzunehmen, die in der —Z-Richtung zurückgezogen ist. Das Werkzeug 9 wird gehalten, um sich nicht in dem Werkzeugspeichermagazin 25 zu drehen.
Auch im Falle einer nachfolgenden erneuten Verwendung des Werkzeugs 9 wird der Reitstock 1, nachdem die Spindel 4 in einer bestimmten Winkelstellung angehalten worden ist, in der +Z-Richtung bewegt, um die Spindel 4 und den Werkzeughalter 10 in Eingriff miteinander zu bringen. Der Anschlag 12 wird durch die Zugstange 13 gesperrt. Als Ergebnis greifen das Werkzeug 9 und die Spindel 4 immer ineinander, um in derselben Winkelbeziehung zueinander drehfest verbunden zu werden.
In F i g. 1 sind mit 32 Leitungen zum Kühlen der Spindel 4, mit 33 Radiatorflügel und mit 34 ein Gebläsemotor zum Kühlen bezeichnet Gemäß Fig.2 wird beim Steuern der Drehzahl der Spindel 4 eine befohlene Drehzahl durch ein Befehlsband T befohlen. Der befohlene Geschwindigkeitswert wird in einem Register REG gespeichert und durch einen D-A-Wandler DA 1 in eine analoge Befehlsspannung !^umgesetzt Eine Steuerschaltung CCerzeugt ein Steuersignal A, um einen analogen Schalter SWA einzuschalten, wodurch die Befehlsspannung V1 einem Eingang, dem Sollwerteingang, eines Komparators COM zugeführt wird. Ein Impulszugsignal PTS, das von dem Impulskodierer 18 abgeleitet wird, der mit dem Spindelmotor 7 der Spindel 4 gekoppelt ist wird durch einen D-A-Wandler DA 2 in eine analoge Spannung FV proportional zu dem Istwert der Motordrehzahl umgesetzt Die analoge Spannung FV wird an den anderen Eingang, den Istwerteingang, des Komparators COM gegeben. Der Komparator COh4 vergleicht die Befehlsdrehzahlspannung V1 und die tatsachliche Motordrehzahlspannung FV miteinander und steuert die Triggerphase einer SCÄ-Phasensteuerschaltung PHC derart, daß letztere Spannung an erstere Spannung angepaßt wird, wodurch die tatsächliche Drehzahl des Spindelmotors 7 gleich der befohlenen Geschwindigkeit wird.
Wenn ein Befehlssignal PAP zum Anhalten des Motors und damit der Spindel 4 in einer bestimmten Stellung durch das Befehlsband roder einen manuellen Schalter MS erzeugt worden ist, schaltet die Steuerschaltung CC sofort das Steuersignal A ab und ein Steuersignal B ein. Als Ergebnis wird ein analoger Schalter SWB eingeschaltet um dadurch eine vorbestimmte Niedrigdrehzahl-Befehlsspannung LVaIs Sollwert an den Komparator COM anzulegen, wodurch der Spindelmotor 7 in einen Niedrigdrehzahlzustand gebracht wird.
Danach schaltet zum Zeitpunkt des ersten Auftretens des S'p.llungssignals /MS von dem Impulscodierer 18 die Steuerschaltung CC das Signal B aus und ein Steuersignal Cein und gibt ein Steuersignal Czu einer Stellungssteuerschaltung PCC.
Als Ergebnis wird ein vorbestimmter Wert λ in einem Fehlerregister der Stellungssteuerschaltung PCC voreingestellt, und der Schalter SWB wird ausgeschaltet, und ein Schalter SWCwird eingeschaltet
Das Impulszugsignal PTS von dem Impulskodierer 18 so wird zu dem Fehlerregister rückgekoppelt und eine Spannung VCMD proportional zum Inhalt des Fehlerregisters wird über den Schalter SWC an einen Befehlsbzw. Sollwerteingang des Komparators COM angelegt Auf diese Weise bilden der Spindelmotor 7, der Impulskodierer 18, die Stellungssteuerschaltung PCC, der Komparator COM, die Phasensteuerschaltung PHC und der Digital-Analog-Wandler DA 2 einen Winkelstellungs-Regelkreis für die Spindel 4. Demgemäß wird der Spindelmotor 7 sr gesteuert, daß die Spindel 4 in der Stellung hält, in der Impulse in einer Zahl entsprechend dem Voreinstellwert <% als Impulszugsignal PTSvon der Stellung erhalten werden, in der das Signa! FAS von dem Impulskodierer 18 abgegeben worden ist.
Gemäß Fig.3 besteht die Steuerschaltung CC aus Flip-Flops Fi und Fl jnd UND-Toren A 1 bis A 4. Im Anfangszustand der Steuerschaltung CC werden die
Flip-Flops Fl und F2 in ihrem Rückstellzustand gehalten, und das Signal A tritt über das Tor A auf.
Wenn das Signal PAP, beispielsweise ein Vielfachfunktionsbefehl M19 im Falle der Abnahme des Befehls von dem Band, abgegeben worden ist, wird der Flip-Flop Fl sofort eingeschaltet, um das Signal A abzuschalten. Das Steuersignal B wird dann über das Tor /4 3 eingeschaltet. Aufgrund des Auftretens des ersten Stellungssignals PASvon dem Impulskodierer 18 wird der Flip-Flop D2 über das Tor A 1 eingestellt, um das Signal B auszuschalten und das Signal C einzuschalten, wodurch diese Steueroperation, wie oben im Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben, ausgeführt wird. Nach der Beendigung des Anhaltevorgangs der Spindel 4 in einer bestimmten Stellung werden die Flip-Flops Fl und F2 mit einem Freigabesignal RPA zurückgestellt.
Gemäß Fig. 4 enthält die Stellungssteuerschaltung PCC Inverter Λ/1 und N 2, UND-Tore A 5 bis AM, Flip-Flops FA. FB und FC, ein Fehlerregister ER und einen Digital-Analog-Wandler DA 3.
Das impuiszugsignai FTS von dem impuiskodierer 18 besteht aus Signalen PA und PB, die 90° phasenverschoben sind. Ein Impuls mit Taktzeitbreite tritt am Ausgang des UND-Tors A 9 für jede Periode des Signals PTSauf. Wenn sich die Spindel in positiver Richtung dreht, wird das UND-Tor A 10 eingeschaltet und der vorstehend erwähnte Impuls wird an einen negativen Zählanschluß Λ/CTdes Fehlerregisters ER angelegt, um 1 von seinem Inhalt zu subtrahieren. Bei der Spindeldrehung in negativer Richtung wird das UND-Tor A 11 eingeschaltet, und der Ausgangsimpuls von dem UND-Tor A 9 wird zu einem positiven Zählanschluß PCT des Fehlerregisters ER gegeben, um I zu dessen Inhalt zu addieren.
Das Fehlerregister ER ist als Voreinstellzähler und mit Vorzeichen versehener reversibler binärer Zähler ausgebildet, in dem die numerische Information an Voreinstellanschlüssen PST durch Anlegen eines Voreinstellsignals (!"(Anstieg des Steuersignals Cin F i g. 2) zu einem Anschluß E gesetzt werden kann und der die — 1-Subtraktion oder +!-Addition seines Inhalts nach jedem Anlegen des vorstehend erwähnten Impulses an den Anschluß Λ/CToder FCTausführt.
Der D-A-Wandler DA 3 ist mit dem Fehlerregister ER verbunden, um die Spannung VCMD proportional zu dessen Inhalt e zu erzeugen. Wenn sich demgemäß der Inhalt des Fehlerregisters ER auf Null reduziert hat, wird die dem Komparator COM zuzuführende Spannung VCMDNuII, um den Spindelmotor 7 anzuhalten.
Fig.5 ist ein Operationsflußdiagramm, das den Vorgang der Erzeugung des Ausgangsimpulses P (bei der Spindelmotordrehung in positiver Richtung) des UND-Tors A 9 in Fig.4 zeigt. In Fig. 5 bezeichnet T einen Taktimpuls. SFA, SFB und SFC bezeichnen Einstellausgangsimpulse der Flip-Flops FA, FS und FC- PA und PB bezeichnen die in der Phase verschobenen Signale, die von dem Impulskodierer 18 abgeleitet werden.
Obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einem Ausführungsbespiel beschrieben wurde, bei dem der Spindelmotorschaft und die Spindel als Einheit ausgebildet sind, ist die Erfindung selbstverständlich auch anwendbar, wenn diese Teile unabhängig voneinander ausgebildet sind. Vorangehend ist des weiteren der Impuiskodierer so beschrieben worden, daß er einen Impuls pro Drehung der Spindel als besonderes Stellungsimpulssignal erzeugt, jedoch ist es auch möglich, das Impuiszugsignai mit einem Zähler mit vorbestimmter Kapazität zu zählen und einen Überlaufimpuls davon als das besondere Stellungsimpulssignal zu verwenden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

  1. Patentansprüche;
    1, Steuerungsvorrichtung für den Antrieb einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in vorbestimmten Winkelstellung mit einem mit der Spindel gekoppelten Impulscodierer, durch den ein Impulszug, dessen Frequenz dem Istwert der Drehzahl der Spindel entspricht, und ein Stellungsimpulssignal in einer bestimmten Winkelstellung der Spindel erzeugbar sind, mit einem mit dem Impulscodierer verbundenen Wandler zum Umwandeln des Impulszuges in ein der Frequenz des Impulszuges proportionales Spannungssignal, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Drehzahl-Sollwertsignals, mit einem Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des Wandlers mit dem Drehzahl-Sollwertsignal, mit einem auf ein Ausgangssignal des !Comparators ansprechenden Motorsteuerkreis, durch den die Drehzahl des Spindelmotors entsprechend dem Drehzahl-Soüwertsigna! einstellbar ist, und mit einem Stellungssteuerkreis, durch den die Spindel in der vorbestimmten Winkelstellung stillsetzbar ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen (T/MS) zum Erzeugen eines Befehlssignals (PAP) zur Spindeleinstellung, durch eine erste bzw. zweite Schalteinrichtung (SWA bzw. SWC) zum wahlweisen Anlegen des Drehzahl-Sollwertsignals (V1) bzw. eines Ausgangssignals (VCMD) des Stellungssteuerkreises (PCC) an den Sollwerteingang des !Comparators (COM) vwd durch einen auf das Befehlssignal (PAP) zur Spindeleinstellung und auf das erste Stellungsimpulssignal (PAS) ansprechenden Steuerkreis (CC), durch den die beiden Schalteinrichtungen (SWA;SWC)so steuerbar sind, dhß am Sollwerteingang des Komparators (COM) von dem Drehzahl-Sollwertsignal (V1) auf das Ausgangssignal (VCMD) des Stellungssteuerkreises (PCC) umgeschaltet wird, wobei in ein im Stellungssteuerkreis (PCC) vorhandenes Fehlerregister (ER) ein der vorbestimmten Winkelstellung der Spindel (4) entsprechender numerischer Wert (λ) eingebbar ist, der durch die nach dem Auftreten des Befehlssignals (PAP) zur Spindeleinstellung und des ersten Stellungsimpulssignals (PAS) dem Fehlerregister (ER) zugeführten Impulse des Impulszuges (PTS) verringerbar ist, und wobei der Stellungssteuerkreis (PCC) einen Digital-Analogwandler (DA 3) aufweist, durch den proportional zum Inhalt des Fehlerregisters (ER) das Ausgangssignal (VCMD) des Stellungssteuerkreises (PCC) erzeugbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Niedrigdrehzahl-Sollwertsignals (Vi) und durch eine dritte Schalteinrichtung (SWB), wobei der Steuerkreis (CC) die drei Schalteinrichtungen (SWA; SWB; SWC) so steuert, daß am Sollwerteingang des Komparators (COM) von dem Drehzahl-Sollwertsignal (V1) auf das Niedrigdrehzahl-Sollwertsignal (V!) aufgrund des Befehlssignals (PAP) zur Spindeleinstellung und nach Erreichen der Niedrigdrehzahl von dem Niedrigdrehzahl-Sollwertsignal (V!) auf das Ausgangssignal (VCMD) des Stellungssteuerkreises (PCC) aufgrund des ersten Stellungsimpulssignals J7MS)unigeschaltet wird.
    Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für den Antrieb einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in vorbestimmter Winkelstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    Eine solche Steuerungsvorrichtung ist durch die DE-AS 22 25 345 bekannt Dort ist zur Signalgabe mit der Arbeitsspindel eine mit mindestens einem Hallgenerator zusammenwirkende Magnetfeldquelle verbunden,
    (0 die als axial magnetisiert«· Ringmagnet mit mindestens einer weichmagnetischen Polscheibe ausgebildet ist Die Polscheibe ist mit einer Folge von in Umfangsrichtung symmetrisch verteilten Drehzahlmeßzähnen mit gleicher Breite in Umfangsrichtung sowie mit mindestens sinem Positionszahn ausgestattet Zur Unterscheidung zwischen den einerseits von den Drehzahlmeßzähnen und andererseits vom Positionszahn am Hallgenerator ausgelösten Impulsen ist eine Impuls-Trenneinrichtung vorgesehen. Die bekannte Steuerungsvorrichtung ist somit verhältnismäßig kompliziert und aufwendig.
    Bei einer weiteren bekannten Einrichtung zum Stillsetzen von Spindeln an Werkzeugmaschinen (DD-PS 80 605) wird ein Integratorkreis zur Integration eines Spindelgeschwindigkeitssignals in Verbindung mit einem Spindelpositionsdetektor für eine bestimmte Spindelposition zur Erzeugung eines Steuerbefehls für den Spindelmotor zwecks genauer Positionierung der Spindel verwendet Bei dieser bekannten Einrichtung ist der Antriebsmotor ein Induktionsmotor, und es wird eine Signalscheibe mit verschieden breiten Zähnen verwendet Zur Ermittlung der Drehzahl sind zusätzlich eine differenzierende Stufe und eine Gleichrichterstufe erforderlich. Diese bekannte Einrichtung ist deshalb ziemlich aufwendig.
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die trotz vereinfachter Ausbildung ein sehr genaues Anhalten der Spindel in einer vorbestimmten Winkelstellung ermöglicht.
    Gelöst wird diese Aufgabe in Ve< bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1.
    Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
    Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, daß bei relativ geringem Aufwand die Spindel in Abhängigkeit von dem voreingestellten Wert des Fehlerregisters ganz exakt in der gewünschten Winkelstellung angehalten wird.
    Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. Es zeigt
    Fig. 1 einen Schnitt eines Reitstocks einer Werkzeugmaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsler in einer Ausführungsform der Erfindung,
    F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
    Fig.3 ein Schaltbild einer gemäß Fig.2 verwendeten Steuerschaltung,
    Fig.4 ein Schaltbild einer gemäß Fig.2 verwendeten Stellungssteuerschaltung und
    Fig.5 ein Impulsdiagramm zum Erläutern der Wirkungsweise der Schaltung in F i g. 4.
    In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Reitstock, der drehbar eine Spindel 4 in Lagern 2 und 3 hält. Innerhalb des Reitstocks 1 ist ein Permanentmagnetfeldsystem 5 für einen Spindelmotor einer Ankerwicklung 6, die am Außenumfang der Spindel 4 vorgesehen ist, gegenüberliegend angeordnet. Das Feldsystem 5 und die
DE2818526A 1977-04-28 1978-04-27 Steuerungsvorrichtung für den Antrieb einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und zum Stillsetzen der Arbeitsspindel in vorbestimmter Winkelstellung Expired DE2818526C2 (de)

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