DE2822346C2 - Elektrische numerische Programmsteuerung für Kurbelwellenfräsmaschinen und Kurbelwellen-Schleifmaschinen - Google Patents

Description

über den Rechner (RE₅ Fig. 10a) errechenbar und speicherbar sind.

8. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner (RE₅, F i g. 10a) in Verbindung mit den eingegebenen Zeichnungsdaten (O₁, a₂, b_u A₂) alle erforderlichen Werkstückwinkel (y_F, γ_Α, y_L) mit den zugehörigen Drehwinkeln (y_n) der Werkstückspindti (C) und Strecken (X\-_tn) bestimmbar, im Programmspeicher (Fig. 10b) speicherbar und während des Arbeitsablaufs diese Daten dem Rechner (.RE₆ Fig. 10c) zuführbar sind, wobei im Rechner (RE₆) mit vorgegebenen Rechnungsdaten (ta, Imp_c/U, X_n) laufend die Geschwindigkeitsvorgaben (V_x^_n) über vorausberechnete Zwischenweite (Z_30n) gemäß Anspruch 1 in einfacher Multiplikation errechenbar und diese Werte der Zentral-Steuerung OFi g. 3c) zuführbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische numerische Programmsteuerung für Kurbelwellenfräsmaschinen und Kurbelwellen-Schleifmaschinen mit einem in einer Ebene rechtwinklig zur Achse der Kurbelwelle beweglichen Frässchlitten, bei der die Drehbewegung der Werkstückspindel, das heißt, deren Drehzahl und Winkellage, über Digitalgeber und über einen Rechner sinngemäß in eine Längsbewegung des Frässchlittens umgesetzt * ird, wobei die Werte für die Lage des Frässchlittens durch die eingegebenen Werkstücksdaten über einen Rechner digital herausgegeben werden und der FrässchPten mit einem Ist-Wert-Geber für seine Bewegungen versehen ist und über eine Lageregelung mittels Soll-Ist-Vergleich geregelt wird.

In der deutschen OS 26 54 949 (Komatsu) ist eine Steuerung dieser Art für eine Kurbelwellenfräsmaschine beschrieben, die folgende Anordnung zeigt:

Einen Motor zum Drehen des Werkstücks um seine Achse mit einem Impulsgeber zum Erzeugen eines Impulses, der de/ Drehung dieses Motors entspricht, drei Zähler in Reihenschaltung zu diesem Impulsgenerator, einen Speicher mit vorberechneten Lagedaten des Frässchlittens, einen Rechner, einen Servoverstärker zur Aufnahme eines Signals von der obigen Steuerschaltung zum Antreiben des zweiten Motors zum Verschieben des Fräswerkzeugs in Richtung senkrecht zur Kurbelwellenachse und

einen weiteren Impulsgenerator zur Erzeugung eines Impulses, der der Drehung des zweiten Motors entspricht, wobei der LAveite Impulsgenerator so geschaltet ist, daß er den von ihm gelieferten Impuls an den Servo-Verstärker rückkoppelt.

Bei dieser bekannten Anordnung können nur vorab errechnete Lagebefehle an den Frässchlittenantrieb in Abhängigkeit von der Drehung der Werkstückspindel gegeben werden. Im Rechner 5 werden dann die vorab berechneten winkelabhängigen Lagebefehle Δ Y_n mit den Impulsen des ersten Impulsgebers verbunden. Die Geschwindigkeit ergibt sich dabei einerseits aus der Frequenz, mit der die Impulse des ersten Gebers ausgegeben werden(von der Drehzahl der Werkstückspindel abhängig) und der Differenz der Soll-Lage-Vorgabe zur Ist-Lage des Frässchlittens, die über den Geber 2 gemeldet wird. Es werden aho nur Lagen vorgegeben, eine Geschwindigkeitsregelung ist nicht vorgesehen. Außerdem geschieht dieses ohne Kontrolle, ob die ausgegebenen Soll-Lagebefehle mit der Ist-Winkellage übereinstimmen. Es ist keine Korrektur des Arbeitsergebnisses an der Steuerung direkt möglich. Es müssen dazu die vorberechneten Daten geändert werden.

Diese bekannte Steuerung ist eine Nachläufregelung mit dem typischen von der Geschwindigkeit abhängigen Schleppfehler. Diese Art der Steuerung hat zudem den Nachteil, daß beim Bearbeiten von Kurbelzapfen nach der bekannten Formel für Kurbeltriebe die Geschwindigkeit des Werkzeugschlit:.ins (bei konstanter Werkstückspindeldrehzahl) einen sinusförmigen Verlauf nimmt. Die Vorschubgeschwindigkeit geht also bei 0° und 180° der Werkstückspincleldx.hung durch Null.

Die bekannte Lageregelung ist im Bereich des Null-Durchganges mit erheblichen Unsicherheiten in bezug auf die tatsächliche Lage des Frässchlittens behaftet, da in diesem Bereich die Lage-Inkremente

AY_n

100

einzeln nicht mehr vom Regelkreis erfaßt werden können. Selbst bei Bearbeitung einer größeren Kurbelwelle für Lastwagenmotoren mit einem Kurbelzapfenradius von 38 mm und einem Hub von 62,5 mm (dies Beispiel wird auch an anderen Stellen der Beschreibung angewandt), würde zwischen 0-1° der Werkstückspindeldrehung das Vorschub-Inkrement jetzt

.0 ^f = 0,00016mm,

bei 1-2° auch nur 0,00041 betragen.

Es müssen also bei Null-Durchgang der Vorschubgeschwindigkeit immer eine größere Anzahl der Weg-Inkremente

100

im Regler anstehen, bevor eine für die Regelung wirksame Größe von 0,005 bis 0,01 mm erreicht wird.

Dabei ist weder eine zusätzliche Kontrolle und Korrektur der Frässchlittenlage vorgesehen, noch wird die vom Speicher 12 ausgegebene Soll-Vorgabe jeweils mit der Ist-Winkellage der Werkstückspindeln verglichen.

Es sind ferner Tür die bekannte Steuerung keine Angaben über die Bearbeitung von Wangen der verschiedenen geometrischen Formen gemacht.

Der Erfinder hat in seiner Patentanmeldung P24 12 375.9-14, die am 13.9.1975 offengelegt wurde, eine elekirische numerische Programmsteuerung beschrieben, die ebenfalls über einen Rechner arbeitet. Hierbei handelt es sich jedoch um eine Kurbelwellenfräsmaschine, mit während der Bearbeitung stillstehender Kurbelwelle, bei der der Innen-Fräser über einen Kreuzschlitten um das Werkstück herumgeführt wird. Die Geschwindigkeit der beiden Frässchlitten hängt hierbei von der voreinstel'hiaren Rechengeschwindigkeit des Interpolators ab.

Bei der vorliegenden Erfindung dagegen haben die Bewegung des Fräsers und des Werkstücks beim Fräsen eines Kurbelzapfens zusammen einen dem Kurbeltrieb ähnlichen Verlauf. Hierbei wird einerseits die Drehzahl der Werkstückspindel, bedingt durch die Materialabnahme am Werkstück, unabhängig vom Vorschub des Frässchlittens bestimmt, andererseits aber sind beide Bewegungen voneinander abhängig. Dadurch ist die Berechnung der erfindungsgemäßen Steuerung im Vergleich zu der Vor-Anmeldung des Erfinders so erheblich komplizierter, daß aus dieser keine Anweisung zur Lösung der vorliegenden Aufgaben der erfindungsgemäßen Anmeldung entnommen werden kann.

Mit der Maschine nach P 24 12 375 können auch nur Werkstücke, die aus Kreisbögen bestehen, hergestellt werden (Lagerzapfen, Kurbelzapfen, Oval-Wangen aus Kreisbögen).

Es lassen sich bei dieser Bauart also weder Wangen (Nocken) mit Geradstrecken bearbeiten, noch läßt sich diese Bauart der Maschine für das Schleifen von Kurbelzapfen oder Nocken verwenden, da hierzu ein von außen angreifendes Werkzeug erforderlich ist, wie es die Maschine gemäß der vorliegenden Anmeldung besitzt, da beim Antrieb eines Innenschleifrades (0 600-1200 mm) wegen der hohen Umlaufgeschwindigkeit des tragenden Kugelringes und dessen Temperaturganges die engen Schleiftoleranzen nicht eingehalten werden können.

Im wesentlichen besteht die Erfindung der Steuerung der älteren Maschine des Erfinders darin, daß erstmalig alle Werkstückdaten (Strecken und Winkel) an der Maschine ohne Vor-Bearbeitung in einen Rechner eingegeben werden, der daraus die erforderlichen Radien und Stützpunkte für die x- bzw.y-Achsen selbsttätig errechnet und einem bekannten normalen Interpolator zuführt. Damit wurde die Aufgabe gelöst, eine Kurbelwellenfräsmaschine zu schaffen, bei der die Herstellung der gesamten Kurbelwelle vom Rohling bis zum fertigen Werkstück numerisch gesteuert wird, und zwar mit Zwischenkontrollen, wobei Werkstücke verschiedener Längen und Durchmesser (innerhalb der baulichen Grenzen der Maschine) hergestellt werden können.

Über diese Lösung geht die neue Maschine weit hinaus. Hier ist nämlich die Rahmen-Aufgabe gestellt, sowohl eine Kurbelwellenfräsmaschine als auch eine Kurbelwellenschleifmaschine zu schaffen, bei der ebenfalls die Herstellung der gesamten Kurbelwelle vom Rohling bis zum fertigen Werkstück, und zwar mit Zwischenkontrollen möglich ist, mit der aber alle üblichen Formen hergestellt werden können, also:

1. Kurbelzapfen, die sich während der Bearbeitung in einer Umlaufbahn befinden,

2. Wangen beliebiger Ovalformen, die sich exzentrisch drehen,

3. Wangen, Rechteckformen,

4. Mischformen nach 2. und 3., also z. B. Ovale mit Geradstrecken, z. B. Nocken.

Insbesondere bestand die Aufgabe bei der Steuerung gemäß der Erfindung darin, außer den stetigen Kontrollen über Soll-Ist-Vergleich der Frequenzen zwischen berechneten Steuerungsdaten und der tatsächlichen Bewegung des Frässchlittens zusätzlich eine Überprüfung der Soll-Geschwindigkeits-Werte vorzunehmen, wobei die errechneten Teilstrecken A_x mit der erreichten Lage X des Werkzeugschlittens unmittelbar verglichen werden. Um diese Aufgabe lösen zu können, mußte bei der erfindungsgemäßen Maschine ein Werkzeug Verwendung finden, das sich nur in einer Ebene, und zwar rechtwinklig zur Achse der während der Bearbeitung sich drehenden Kurbelwelle bewegt Ein solches Werkzeug kann als außen angreifender Fräser (Messerkopf) oder als Schleifscheibe ausgeführt sein. Beide Ausfuhrungsformen erlauben die Bearbeitung aller Formen eines Werkstücks.

Mit den Mitteln der älteren Erfindung des Anmelders war diese Aufgabe nicht lösbar. Denn die mathematischen und geometrischen Zusammenhänge zwischen Werkstückform, Werkstückdrehung und Werkzeugbewe- .': gung mit zwangsläufigem Vorschub sind bei der vorliegenden Anmeldung wesentlich verwi kalter als bei der _; ^; älteren Maschine. Zur Lösung der anstehenden Probleme mußten erst neue Wege zur Klärung dieser mathema- tischen und geometrischen Zusammenhänge gefunden werden. 5 - j

Die Lösung besteht darin, daß der Rechner mit festgelegten, wählbaren Arbeitsprogrammen für Kurbelzap- !'j

fen, für Wangen mit beliebigen Oval-Profilformen, für Rechteck-Formen und für Mischformen aus den vorheri- J

gen \y sehen ist, und daß in den Rechner der Fräser-Radius, sowie ein einheitlicher Winkel-Rechenschritt für '«ii

den Umlauf der Werkstückspindel eingebbar sind, und daß dem Rechner laufend durch einen fest mit der Werk- S'i

stückspindel verbundenen Digitalgeber von der Drehbewegung des Werkstücks abhängige Impulse, die über io ä

einen wählbaren Zeittakt das dynamische Verhalten des Antriebs erkennbar machen, zufließen, und daß im SJj

Rechner aus den festgelegten und wählbaren, den eingegebenen und den aus der Maschine zufließenden Werten ;.j

die erforderlichen Lagewerte für den Frässchlitten ·'ι

für Kurbelzapfen nach den aus den bekannten Formeln für den Kurbeltrieb abgeleiteten Formeln (Formeln 2a j

und 2b, s. auch Fig. 2a und 2b) errechenbar und speicherbar sind, 15 i

während für Wangen mit beliebigen Oval-Profilen, für Rechteck-Wangen und für Mischformen von beiden die '

Lagewerte mit Hilfe von errechneten oder konstruierten, die Wangenform bestimmenden Form-Radien und j

deren Winkellagen errechenbar und speicherbar sind und daß mit den daraus errechenbaren Lage-Teilstrecken j

des Frässchlittens nach der Formel 20 ι

wi Γ 1 1 360° ..,„1 i

Κ* = Imp«* — " -; -yrr ' ■; ^ A X_n \ -.

L ta ImpcAJ a_E oder y„ J i!

durch entsprechende Multiplikatoren, Dividierer und sonstige Rechenelemente errechenbar ist, wobei der 25 =J

Klammerinhalt die voraus berechenbaren und speicherbaren Zwischenwerte ergibt und diese Zwischenwerte f-1

während des Arbeitsvorganges zu Beginn des nächsten Winkelschrittes in vorbestimmten Zeitabschnitten mit ']

der in diesem Zeitraum vom Digitalgeber über den Zähler eingelaufenen Impulszahi multiplizierbar sind und · j

mit Hilfe der erhaltenen Werte die Vorschubgeschwindigkeit des Frässchlittens bestimmbar ist, die in die Füh- fij

rungsspannung für den Frässchlitten umwandelbar ist. 30 f'j

Dp bei der erfindungsgemäßen Steuerung die Zeichnungs- oder Konstruktionsdaten von Kurbelwellen (in ji

Grenzen der baulichen Maschinendaten) direkt in den Rechner an der Maschine eingegeben werden, ggf. >';'

sowohl von Hand über Drucktaster und Dekadenschalter sowie Potentiometer oder auch bei umfangreichen vj

Werkstücken über Band, kann der Rechner alle erforderlichen Steuerungsdaten für die Bearbeitung von Kurbel- |

zapfen und Wangen jeglicher Form selbst errechnen und speichern, wobei eine für einen wirtschaftlichen 35 ΐν

Arbeitsabiauf entscheidende Aufteilung in vorbereitende und mit der Bearbeitung mitlaufend zu bearbeitende fe

Steuerungsdaten durchgeführt wird. Sj

Bei einer Steuerung dieser Art ist das Programmieren selbst komplizierter Werkstücke (z. B. Wangen) über- £j

sichtlich und daher leicht kontrollierbar. Diese Art der Dateneingabe ermöglicht auch eine Korrektur des Bear- /τ!

beitungsergebnisses sofort und unmittelbar an der Maschine. 40

Weiterhin wird bei der Steuerung gemäß der Erfindung außer den stetigen Kontrollen über Soll-Ist-Vergleich
der Frequenzen zwischen berechneten Steuerungsdaten und tatsächlicher Bewegung des Frässchlittens zusätzlich eine Überprüfung der Soll-Geschwindigkeits-Werte vorgenommen, wobei die errechneten Teilstrecken A X & jeweils mit der erreichten Lage X des Werkzeugschlittens unmittelbar verglichen werden. P

Auch werden laufend Kontrollen der winkelabhängigen Steuerdaten mit der tatsächlichen Ist-Winke Hage der 45 '.:]

Werkzeugspindel verglichen. S

Ferner wird durch die erfindungsgemäße Art der Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeug- I

Schlittens in Abhängigkeit von der Drehung der Werkstückspindel zugleich auch deren Dynamik erfaßt. ?:

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei Werkstücken mit anderem Durchmesser keinerlei |j

Änderungen oder Zusätze an der Maschine erforderlich sind. 50

Die im Hauptanspruch angeführte Formel für die Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit ^ des Werkzeugschlittens ermöglicht eine Vorgabe einer stetigen auch bei kleinsten Vorschub-Teilstrecken A X noch regelbaren
Geschwindigkeit.

Zum Beispiel ergibt sich bei einer Kurbelwelle mit den Daten

Fräserradius	Rf =	150 mm
Zapfenradius	Rz -	38 mm
Hub	H =	62,5 mm

nach der bekannten Formel eine Vörschubgeschwindigkeit des Werkzeugschlittens zu 60

V_x =n_c--^- ■ X₁₁₊₁ - X_n inmm/min (1)

dabei ist 65

n_c = Drehzahl der Werkstück-Spindel C (Upm),
a_E = gewählter Rechenschritt,

X_n = Vorschubstrecke entsprechend dem Drehwinkel a„ der Werkstückspindel C,

alsc ein Weg des Frässchlittens für den Werkstück-Drehwinkel 0-1° von nur 0,016 mm und bei einer Drehzahl der Werkstück-Spindel von einer Umdrehung pro Minute eine Geschwindigkeit

y_x\° = ι .i^21. o,O16 = 5,76mm/min.

Es läßt sich nachrechnen, daß es für eine Genauigkeits-Toleranz unter 0,01 mm ausreichend ist, die Geschwindigkeit V_x als Durchschnittsgeschwindigkeit für einheitliche Winkelabschnitte von 0,5-1° (a_E, γ_ε) der Werkstückspindel C zu bestimmen.

Die Vorschubstrecken X (Formel 1) werden nach der bekannten Formel für Kurbeltriebe umgesetzt auf den Fräsvorgang der vorstehend beschriebenen Kurbelwellenfräsmaschine und berechnet nach der Formel:

Formel für Außenfräser
(2a)

" (2b)

Xn = (^F + ΛΖ für Innenfräser	+ H)	-H ± cosa„	+ l/(	J - sin2 or
Xn — \Rf **z	+ H)	- H ± cos α.		Y ■ 2
\/(RF- R2
V\ H .

dabei ist R_F = Radius des Fräsers

R_z = Radius des Zapfens
H = Hub des Zapfens.

Für die Geschwindigkeit V_x wird in der Formel (1) anstelle der Drehzahl n_c die Impulszahl pro Sekunde des Digitaldrehgebers (DGC4.3) an der Werkstück-Spindel C eingesetzt. Daraus ergibt sich in mm pro Sek. die Formel:

^ Formel

t ³⁵ (3) ± V_x = Imp_c/i ■ ( ^l-^ ± AX_n mm/s.

£j \ Imp_c/υτη ■ a_E J

\\ dabei ist /mp_c/Um = Impulszahl pro Umdrehung des Gebers (DGC 4.3).

40 ±AX_n = X_{n + 1}-X_n

Die Zahl der Impulse pro Sekunde hängt von der Drehzahl der Werkstückspindel ab und von der dem Geber eigenen Impulszahl pro Umdrehung. Die Impulse des Gebers gehen nach Frequenz wie auch als Summe in die verschiedenen Rechnungen für die Fertigung von Kurbelzapfen und Wangen ein. Dabei hängt die Zahl der Impulse pro Umdrehung, also die Auflösung der 360°, nicht nur von der gewünschten Genauigkeit des Frässchlittenvorschubes ab (möglichst hohe Frequenz bei Nulldurchgang), sondern es ist eine hohe Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit (ία) auch bei niedrigen Drehzahlen erwünscht.

Für schnellaufende (etwa 2 Umdr./min) kleinere Maschinen für Kurbelzapfen mit Hüben von max 100 mm genügt eine Jf-Lage-Anpassung, also ein neuer Rechnungswert, nach Formel (2) etwa je 1°, also nach 1-2-3° usw.

Bei größeren Maschinen für Kurbelzapfen mit Hüben von 100-250 mm und Umlaufgeschwindigkeiten bis 0,1 Um/min und weniger wird eine X-Anpassung etwa alle 0,5 Grad zweckmäßig sein. Beim Fräsen von Umrandungen der Wangen, mit gröberen Toleranzen (0,1 mm) kann mit größerem Einheitswinkel a_E von 5° gerechnet werden.
Nun ist die Zeit für einen Umlauf-Winkelabschnitt der Werkstückspindel von einem Grad

bei 0,01 Um/min = 16,66 Sekunden,
bei 2 Um/min = 0,083 Sekunden.

In diesen Zeiten könnten Frequenzänderungen des Gebers an der Werkstückspindel durch eingegebene Drehzahländerungen, Hochlauf- und Bremsvorgänge sowie durch Belastungschwankungen auftreten, die die Sollwertvorgabe, wenn sie nur pro Grad erfolgen würde, nicht berücksichtigen könnte.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird deshalb durch einen Zeittakt ia die Rechnung nach der nächststehenden Formel (4) (eine Multiplikation von 2 max vierstelligen Zahlen) pro Grad in so kurzen Zeit-

65 abständen wiederholt, daß die Dynamik der Werkstückspindel durch die Zahl der während des Ablaufes des Zeittaktes ta eingelaufenen Impulse (Impjfa)) erfaßt wird. Dabei geht immer die augenblickliche Frequenz des Digitalgebers (DGC43) in die Rechnung ein. Für Fertigungstoleranzen unter 0,01 mm genügt bereits ein Zeittaki ta = 0,01 Sekunde. Möglich wäre bei dieser einfachen Multiplikation aber auch ein Takt von 0,001 Sekunde.

Daraus ergibt sich eine Formel für V_x wie folgt:
Formel

(4) ± V_x - tmp«» ■ (-£■ ■ ₇-^ · -^) ■ ± X. in mm/s,
wobei

_Z9 ist.

_Z9 ist.
ία Impc/Um a_E

Der Klammer-Wert, Z9 genannt, ist fur alle Zapfen einer Welle gleich, gegebenenfalls bei kleineren Maschinen kann Z 9 als fester Maschinenwert gelten.
Aus Z9 · ± X_n ergibt sich die Ziffer ± ZlO_n ähnlich Formel (3.1) damit:

(4.1) ± V_xn = lm_PcUa) · ± Z10, mm/s.

Einerseits wird Z10, in vorbestimmten Winkelabständen dem Δ X„ angepaßt und kann vorausberechnet und gespeichert werdsn, andererseits werden durch die Kürze des Zeittaktes ta der Formel (4.1) für V_x alle dynamischen Drehzrhlveränderungen beim Umlauf der Werkstückspindel rechtzeitig erfaßt.

Es muß sichergestellt werden, daß immer mindestens ein Impuls pro Zeittakt ta in die vorstehend beschriebene Formel (4) eingeht, vor allem auch bei sehr niedrigen Drehzahlen der Werkstückspindel.

Deren Drehzahlbereich liegt bei Maschinen für Werkstücke mit Zapfenradius

über 60 mm bei 0,01-0,4 Upm, unter 60 mm bei 0,1-3 Upm.

Diesem Drehzahlbereich von 0,01 -3 Upm würden bei einem Geber an der Werkstückspindel mit 36000 Imp pro Umdrehung und einem ZeiUakt ta von 0,01 see ein Impuls-Bereich von

30 0,06-18 Imp Λα

entsprechen.

Geht man davon aus, daß pro Zeittakt mindestens 1 Impuls einlaufen soll, so ergibt sich aus den vorstehenden Zahler, daß unterhalb der Drehzahl von 0,2 Upm (Umdrehungen pro Minute) entweder der Digitalgeber eine höhere Imp/Um (Impulszahl pro Umdrehung) hat und/oder die Taktzeit ta entsprechend länger werden muß.

An sich hat der vorgesehene üstenmäßige Digitaigeber eine Nenn-impuiszahi von iSOGG imprüm, die in bekannter Weise leicht elektronisch auf 36000 Imp /Um verdoppelt, aber auch ebenso auf 72000 Imp /Um vervierfacht werden könnte. Es gibt auch Digitalgeber, die eine wesentlich höhere imp (Um haben, z. B. 90 000 Imp/Ότη, die nach Vervierfachung 360 000 ImpfUm bringen. Diese Geräte sind jedoch nicht nur wesentlieh teuerer, sondern sie sind auch sehr empfindlich gegen Erschütterungen (Fräsen!). Die Erkennung und Unterdrückung von Fehlsignalen erfordert zudem umfangreiche elektronische Zusatzschaltungen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltung so ausgelegt, daß das Signal ta (^r Zeittakt) gemeinsam mit dem nächsten Impuls über ein UND-Glied geführt wird, daß dessen Ausgang den Übertrag des Zähler-Inhalts an einen Multiplikator veranlaßt, sowie anschließend den Zähler auf »Null« stellt.

Durch die »Und«-Bedingung (Takt ta und Impuls Imp_c) für einen V_x Rechenvorgang nach Formel (4) erhöht sich nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Taktzeit bei niedrigen Drehzahlen der Werkstückspindel selbsttätig so lange, bis ein Imp_c eintrifft. Läuft die Spindel z. B. mit 0,01 Upm, so würde bei einem Geber mit 36 000 Imp_c/\Jpm ein Impuls erst nach 18 x 0,01 see = 0,18 see im Rechner Ä£, einlaufen, bei 72 000 Imp_c/Um eben nach 0,09 see.

Der Multiplikator des Einheitstaktes ta wird z. B. über einen Zähler erfaßt und dient als Divisor der Formel (4). Diese verlängerten Taktzeiten müssen mit den Zeiten der Drehzahl-Änderungen der Werkstückspindel verglichen werden, um ihren Einfluß auf die Genauigkeit der Geschwindigkeits-Regelung zu erkennen.

Die Gleichstrom-Regelmotore derartiger Antriebe haben z. B. einen Drehzahlbereich von 75-3000 Umdrehungen/min. Sie erhalten eine lineare Strom-Regelung, die bei den hohen Leistungen und Trägheitsmomenten eine Hochlauf- und Bremszeit von etwa 2 see für den Drehzahlbereich 1:40 ergibt Kürzere Zeiten wären an sich möglich, aber uninteressant, da im Umlauf des Werkstückes keine schlagartigen Drehzahländerungen auftreten dürfen.

Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, daß auch die längeren Taktzeiten, gemessen einerseits an dem Drehzahl-Verhalten des Werkstückspindel-Antriebes und andererseits an den kleinen Wegen X, die sich bei kleinen Umlauf-Drehzahlen ergeben und in Verbindung mit der Lage-Kontrolle alle 0,5° im Drehzahlbereich 0,01—0,2 Upm die Toleranzen der Regelung-Steuerung unter 0,01 mm gehalten werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die aus der Geschwindigkeitsberechnung erzeugte Führungsspannung in eine Frequenz umgewandelt, die mit dem Ist-Wert des Frässchlittens verglichen und für eine Geschwindigkeits-Korrektur benutzt wird. Dieses geschieht nach der Formel

f_x=V_xmmfs--±-H_z

X_E = Wegmeß-Einheit, ζ. Β. 0,01 mm.

Der Multiplikator -γ- ist der reziproke Wert der Einheit des Ist-Wert-Gebers (DGX 123) am Frässchlitten. In

diesem Falle hai der Geber eine Auflösung von 0,01 mm. Die Soll-Frequenz/^ wird in bekannter Weise mit der Ist-Frequenz des Gebers am Frässchlitten (DGX 123) verglichen. Etwaige Differenzen dienen zur Korrektur der Führungsgröße V_x. Durch diese Kontrolle kann bereits ein Teü der mechanischen Fehler, wie Steigungsfehler und Umkehrspanne, korrigiert werden.

Die errechnete Vorschubgeschwindigkeit ist schon als Sollwert nicht absolut genau, da die Umsetzung der Rechnungswerte in Führungs- und Korrekturspannungen weitere Soll-Wert-Fehler bringt Aus diesem Grunde ist noch eine Lagekontrolle mit einer zusätzlichen Lage-Regelung des Vorschubweges X erforderlich.

Nach einer weiteren Ausfühningsform der Erfindung ist der Rechner so ausgelegt, daß er nach Eingabe der Werkstückdaten sofort für bestimmte Winkelabschnitte ar_£(Zapfen) die Lagen X_n des Frässchlittens vorausberechnet und speichert und anschließend nach Abschluß diese Berechnungen als eine weitere Startvoraussetzung freigibt, wobei jeweils der Wert der Strecke ,Xh während der Bearbeitung des Werkstücks nach Ablauf des entsprechenden Winkelabschnitts in der Frequenz-Zähler Za^ (Soll-Wert-Lage V_x) des Geschwindigkeits-Regelbereiches gesetzt wird.

Auf diese Weise wird zusätzlich zur Geschwindigkeits-Kontrolle eine genaue Lage-Kontrolle durchgeführt und bei Differenzen eine sehr genaue Korrekturspannung erzeugt Der Fehler einer einzelnen Lage-Rechnung 2ö pro Winieieinhcit a^nach Formel (2) braucht nur unterhalb der zulässigen Toleranz zu liegen (z. B. 0.01 mm), da sich diese Fehler nicht addieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ergab skh daraus, daß bei einer in Bearbeitung befindlichen Kurbelwelle infolge der Materialunterschiede der Werkstücke und der Abnutzung des Werkzeugs häufig eine Änderung des Fräser-Radius und außerdem auch eine stärkere Durchbiegung des Werkstücks eintritt. Aus diesem Grunde muß eine ständige Korrektur des Zapfendurchmessers an der Maschine durchgeführt werden. Außerdem kann es vorkommen, daß die ersten und die letzten Zapfen (nahe der Spannstellen) andere Durchmesser-Korrekturen erforderlich machen als etwa die mittleren Zapfen.

Weil bei der Erfindung sämtliche für die numerische Steuerung der Arbbitsabläufe erforderlichen Daten auf Grund der Eingabe von Zeichnungs- oder Konstruktionsdaten vom Rechner selbst errechnet werden, brauchen zur Korrektur der vorbeschriebenen Fehler nur noch der oder die entsprechenden Dekadenschalter neu eingestellt zu werden. Diese Korrektur der oben beschriebenen Fehler ist also bei der Erfindung auf denkbar einfachem Wege durchzuführen.

Für das Fräsen der Kurbelzapfen sind die nachstehend aufgeführten Daten notwendig, deren Einsatz sich aus den beschriebenen Formeln ergibt.

a) Von Hand über Dekadenschalter oder Band werden folgende Werstück-Daten eingegeben:

H = Hub des Kurbelzapfens

R_F = Fräser-Radius

R_z - Zapfen-Radius

b) Einstellung fester und gelegentlich veränderlicher Rechnungsdaten:

Imp/Um = Impulszahl pro Umdrehung des Digitalgebers DGC an der Werkstückspindel
a_E = Einheitswinkel als Rechenschritt

ta = Zeittakt für die Abfrage der Impulszahl DGC

c) Feste Rechnerdaten (Winkelfunktionen)

cos a 0-90° Speicher

sin² β 0-90° Speicher

Eine Speicherung der Funktionen kann die Rechnung beschleunigen.

Nach Eingabe der Daten nach a, b und c können der größte Teil der Rechnungsdaten sofort vorberechnet und gespeichert werden.

d) Daten, die laufend die Maschine dem Rechner eingibt:

lmp_c = Impulse vom Digitalgeber DGC
Imp_x = Impulse vom Digitalgeber DGX des Frässchlittens.

Für das Fräsen der Profile von Oval- oder Rechteck-Wangen gilt grundsätzlich die gleiche Steuerungs-Methode wie für Kurbelzapfen, also eine Geschwindigkeitsvorgabe V_n, für den Frässchlitten in kurzen Zeitabständen und eine Lage-Kontrolle X_w in vorbestimmten Winkelabständen der Werkstückspindel.
Für die Bestimmung der Werte ΑΉ,, die neben der Lagekontrolle auch der Berechnung der Geschwindigkeit V_%w dienen, sind je nach der Bauform (Oval-Rechteck) der Wange unterschiedliche Rechnungsmethoden entwickelt worden. Diese erlauben, die Frässchlittenwege X_w abhängig einerseits von der Drehung der Werkstückspindel und andererseits vom Profil der Wange mit Hilfe weniger, dem Steuerungs-Rechner einzugebenden Daten, mit

der erforderlichen Genauigkeit zu steuern.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Antriebe der Werkstückspindel und des Frässchlittens, Fig. 2a das Prinzip des Fräsvorgangs mit Außenfräser,

Fig. 2b das gleiche Prinzip mit Innenfräser, S

Fig. 3a schematisch den Rechnungsweg für die Geschwindigkeit V„ Fig. 3b die Rechnungsvorgänge im Rechner für den Weg Z,

F i g. 3 c eine Übersicht über die Maschinengruppen C+Xund deren Antriebe, Steuer- und Regeleinrichtungen,

Fig. 4a die Lage von Fräsermitte zum Drehpunkt der Wange, Fig. 4b die Iransformation des Radius Ri in den Form-Radius R_K einer Wange, Fig. 4c die Transformation des anderen Radius der Wange R₂ in den Form-Radius R_w,

F i g. 5 die Darstellung der erfindungsgemäßen Hilfskonstruktion zweier Dreiecke zur Ermittlung der Lage der Fräsermitte bei der Wange,

Fig. 6a den Rechner für die Hilfsdreiecke und die zugehörigen Winkel für das Fräsen einer Wange, Fig. 6b den Rechner für Geschwindigkeit, Weg und Takt für das Berechnen einer Wange, Fig. 7a die Darstellung einer Rechteckwange mit Nenn-Winkel y/fVait Mindestabständen Y, Fig. 7b die Frässchlittenwege entsprechend den Mindestabständen Y,

Fig. 8 die Drehwinkel (Abstandswinkel) y_A der Werkstückspindel entsprechend den Abständen Kdes Frässchlittens 12,

Fig.9a die Mindest-Drehwinke! (Fräswinke!) ^entsprechend den Kantenlängen der Rechteck-Wange-, Berechnung des Teilabstandes A_XRf,

Fig. 9b die Darstellung der Form-Radien R_wR zur Berechnung der Teilabstände A_Xll,

Fig. 10a den Rechner 5 mit Eingabe »Hand« mit Aufzählung der Rechenvorgänge, Fig. 10b den Programmspeicher Sp₁₂ mit Arbeitsablauf für die Bearbeitung einer Rechteckwange, Fig. 10c den Rechner A₆ für Geschwindigkeits-Vorgabe V_XwR, für Lage X_wR.

In Fi g. 1 ist Cdie Werkstückspindel mit den Zapfen Zund den Wangen W. Die Werkstückspindel Cwird über Zahnräder vom Antriebsmotor M16 angetrieben. Der Spindel CisteinDrehgeberDGC4.3 zugeordnet Der Fräser F, der vom Motor M33 angetrieben wird, ist auf dem Frässchlitten 12 angeordnet Der Frässchlitten 12 wird üb**.r die Spindel 12.1 (Achse X) vom Vorschubmotor M 12.1 bewegt Dem Frässchlitten ist ein Geber DGX 12.33 zugeordnet mit Geber (Abnehmer) 1 und 2.

In Fig. 2a ist das Prinzip des Fräsvorganges dargestellt Die Ausgangsstellung der Fräsermitte F₀ liegt am Ende des Einstechens über den kurzen Weg des Fräser-Umfangs am Kreis des Zapfens Z, in der Linie F₀-M₀, wobei Af₀ der Drehpunkt der Werkstückspindel C ist. In dieser Lage ergibt sich die Strecke L aus der Formel

₂) + H,<\. h.

aus dem Radius des Fräsers R_F

aus dem Radius des Zapfens R₂

und dem Hub des Zapfens H

Rechnungsmäßig teilt sich diese Strecke L in

a = H ■ cos α und
b = (R_F + R₂) ■ COS.0.

Daraus ergibt sich die Formel (2).

Zu beachten ist daß der Wert a)
von 0-90° bzw. 271-360° zu b) addiert
und
von 91-180-270° von b) subtrahiert wird.

Beim Einstechen über den »langen Weg« durch die Wangen würde der Rechner bei 180° beginnen.

In F i g. 2b ist ein Innenfräser vorgesehen. Dadurch ergibt sich der Wert L zu (R_F - R₂) + H. Auch in der Formel (2> muß in der Wurzel für R_F + R₂ dann (R_F - R₂) gesetzt werden.

In Fig. 3a ist der Rechnungsweg für die'Geschwindigkeit V_x für das Zapfenfräsen schematisch dargestellt. Ergänzend zu den bereits gemachten Ausführungen sei noch darauf hingewiesen, daß die Impulse Imp_c des Gebers DGC 4.3 einmal über den Zähler Zäi und den einstellbaren Komperator Comp\ den Takt T₁ bilden, in Abhängigkeit vom Einheitswinkel α_£, ζ. B. 1° = 100 Impulse.

Im eigenen Takt T_Kl holt sich der Rechner RE\ vom Rechner RE₁ die im Speicher Sp₆ (Fig. 3b) abgelegten X_n-Werte, zur Bildung der Inkremente A X_n.

Die Voreinstellung DSeines Zeitgliedes la (Taktgeber) wird in den Rechner RE₁ geleitet. Er bildet daraus den

reziproken Wert —, der mit den Werten 360° //np,/Umdrehung und ardie Ziffer Z9 ergibt Nach der Multipli- Ia

kation mit ± AX_n nach Formel (4.1) ergibt sich der Z 10„-Wert, der in den Speicher Sp₃ nach Adresse abgelegt wird.

Mit den Impulsen lmp_c und dem Zeitgeber ta wird der Zähler Za₂ in der Weise betrieben, daß während des Intervalles von einem Zeittakt ta_n zum nächsten ta_n + \, also z. B. während 0,01 Sek., die eingehenden Impulse gezählt werden. Trifft der Zeittakt ta_n +, ein, so wird das Ergebnis zum Multiplizierer MuIu₁ über ein »Und«- Glied mit Eintreffen des nächsten Impulses gegeben und der Zähler Ze₂ auf Null gestellt usw. Summe

Za₂ · ± Z 10„ ergibt ± V„ nach Formel (4.1). Dieser Wert wird im Takt ta ausgegeben und nach Fi g. 3c geführt.

F i g. 3b zeigt den Rechnungsweg für die Lage-Werte. Der Rechner RE₂ erhalt für die Strecken xdie Werkstückeingaben H, Rf und R₂. Er entnimmt den Festwertspeichern Sp4 und Sp₅ die erforderlichen Winkelfunktionswerte und rechnet die Z-Werte im eigenen Takt T_R2, wobei der Rechner RE_x etwas langsamer sein muß (T_{R x}) als der Rechner RE₂, und gibt einmal den Weg Zl 1 als festen Werkstückwert, sowie das Ergebnis Z 18„ (0-180°) an den Subtrahierer Subtr₂. Die daraus errechneten Lagewerte X_n werden im Speicher Sp₆ sinngemäß nach Adresse und Winkelgraden abgelegt

Beim Lauf der Maschine wird der Takt für Speicher Sp₆ von T_R2 auf T₁ gelegt, dementsprechend werden die X_n-Weite taktmäßig zur Lage-Kontrolle und Lageregelung nach Fig. 3c geleitet

ίο Die Sicherheit der richtigen Reihenfolge der Ausgabe der Daten aus den Speichern Sp₃ und Sp₆ ist besonders wichtig.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung geben die Speicher Sp₃ und Sp₆ mit Ausgabe der Z1 O_n - bzw. der Z„-Werte - zugleich ihre Adresse in Winkel-Zahlen heraus, z. BJe 30°. Diese Winkel-Grade müssen bei beiden Speichern jeweils gleich sein. Sie werden über einen Komperator geführt, bei Ungleichheit wird die Störung gemeldet (nicht gezeichnet).

Fig. 3c gibt eine Übersicht der beteiligten Maschinengruppen und der Steuer- und Regeleinrichtungen.

Das Werkstück, die Kurbelwelle, wird über die Achse C und Motor A/16 angetrieben. Dessen Drehzahl wird

über eine Anzahl Potentiometer, z. B. Pm_x... Pm_A und dem Thyristor 7YC bestimmt Der durch die Achse C angetrieben'*. Digitalgeber DGC A3, welcher z. B. 36 000 Imp pro Umdrehung abgibt, speist einen Zähler Z_c, der

ao jeweils über iinen Komperator Comp_c bei einer bestimmten, voreinstellbaren Impulszahl, z. B. 3000 = 30°, ein Signal (Takt) herausgibt und damit das nächste Potentiometer Pm_n+_X aktiviert.

Durch diese Anordnung kann die Drehzahl während eines Umlaufes des Werkstücks ständig den Arbeitsbedingungen angepaßt werden.

Der Geber DGC A3 taktet (Takt T₁) auch die Speicher Sp₃ (Fig. 3a) und Speicher SJp₆ (Fig. 3b).
Die Geschwindigkeitsgröße V_x (F ig. 3a) wird über D/A-Wandlerl als Führungsspannung IZ₁ bzw. Udem Thyristor Tyx für einen Gleichstiom-Motorantrieb A/12.2 oder einem entsprechenden Ansteuerg^rät für einen Schrittmotor zugeführt

Wie bereits erwähnt, ist die Geschwindigkeitsvorgabe nicht genau genug, ferner können mechanische Fehler, wie z. B. Umkehrspanne oder Steigungsfehler der Antriebsspindel des Frässchlittens 12, auftreten.
Nach eine·· besonderen Ausführungsform der Erfindung wird deshalb di? Fühningsspannung U_x über einen zusätzlichen Analog-Frequenz-Wandler AZF'in eine Frequenz gewandelt und einem Zähler Ze₃ zugeführt (Sollwert). Von dem Maschinen-Sc'Jitten 12 gibt ein Digital-Geber gleichzeitig seine Impulse an den Zähler Za₄ (Ist-Wert). Die beiden Zählerstände, die über Zeit · Frequenz wieder Strecken χ bilden, werden über einen Subtrahierer geführt und die Differer ~ mit entsprechenden Vorzeichen über einen weiteren D/A-Wandler DZA₂ als Korrekturspannung U₂ über ein Integral mit der Führungsspannung U_x gemischt.

Das Wesentliche an dieser Korrektur ist, daß durch den kurzen Zeitintervall ta,,in dem die Impulse des Gebers DGC A3 abgefragt und im Multiplikator Muiii\ verwertet werden, eine stetige Überwachung gewährleiste: ist.

Der Weg X_n (Fig. 3 b), der genau berechnet ist, wird in Fig. 3 c unmittelbar dem Zähler Za₅ als Soll-Wert zugeführt. Aus Sicherheitsgründen (Redundanz) wird der Ist-Wert des Frässchlittengebers einem; reiten Zähler Za₆ zugeführt. Die beiden Zählerstände werden in üblicher Weise über einen Subtrahierer Subtr₄ geführt. Die Differenz erscheint nach dem D/A-Wandler DZA₃ als Korrekturspannung U₃, die ebenfalls im Integral mit U₁ und U₂ gemischt wird. Durch eine Toleranzvorgabe kanu in üblicher Weise erkannt werden, ob der Fehler zu groß geworden ist, so daß die Maschine stillgesetzt oder der Frässchlitten zurückgefahren wird.

Da nun zwei Sollwert-Vorgaben vorhanden sind, nämlich: erstens die stetige über die Frequenz, die jedoch als Summe von Zeit + Frequenz nicht genau genug ist, und zweitens die in bestimmten Winkel-Abschnitten genaue X_n = Lage, ist es notwendig, daß in dem Augenblick, in dem durch den Takt T_x die Lage-Kontrolle vorgenommen wird, im selben Takt der Soll-Wert-Zähler Za₃ auf den gleichen J_n-Wert gesetzt wird, wie der SoIl-Wert des Zählers Za₅.

Ferner wird zur Erhöhung der Sicherheit der Ist-Wert-Erfassung noch ein zweiter Abnehmer im Sollwert-Meß-System (z. B. ein zweiter Kopf auf dem Maßstab 12.3 in F i g. 3c) vorgesehen. Der Vergleich der beiden Ist-Wert-Zähler Za₄ und Za₆ gibt eine stetige Kontrolle und gegebenenfalls eine Störungsmeldung der Istwert-

fi Kreise.

Bei Groß-Werkstücken ist die doppelte Anzahl der Geräte für die Soll-Ist-Kontrolle aus Sicherheitsgründen zu vertreten. Bei kleineren Kurbelwellen könnte die A„-Lage-Kontrolle, wie bereits beschrieben, allein durch das Setzen der X_n-Werte in dem Zähler Za₃ erreicht werden.

Die größere Anzahl der Geräte erleichtert andererseits die Fehlerdiagnose.

Die F i g. 4a, 4b und 4c zeigen das Prinzip des Wangenfräsens. Das Fräsen von Wangen in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung erfordert gegenüber der Herstellung von Kurbel-Zapfen eine größere Anzahl von Werkstück-Daten für die Errechnung des Frässchlitten-Vorschubes.

Bei der Konstruktion der Wange können die Radien /?„, die die Form der Wange bestimmen, vom Drehmittelpunkt A/o aus in vorbestimmten Einheits-Winkelschritten y_E eingezeichnet und vermessen werden (Fig. 4a).

Bei oval- und birnenförmigen Wangen, die aus Kreisbögen mit verschiedenen Radien R_x, R₂ (R₃) und Teilwinkeln a_x, O₁, (ffj) bestehen, können die benötigten Radien R_w durch Transformation der Radien zum Drehmittelpunkt M₀ in bekannter Weise errechnet werden (Fig. 4b und 4c).

Die erfinderische Aufgabe besteht nun darin, aus den Form-Radien R_w, die konstruktiv oder im Rechner ermittelt werden, die zugehörigen Steuerdaten für den Vorschub X des Frässchlittens in Verbindung mit der Werkstückdrehung zu konstruieren oder zu errechnen.

Die konstruktiv hergestellten Form-Radien R„ (Fig. 4a) im Umkreis des Drehmittelpunktes AZ₀ mit einem

angenommenen Einheiiswinkel-Abstand von y_E = 5 ° dienen als Grundlage zur Auffindung der Radien R_T, die sich aus der tangentialen Berührung des Fräserprofils am Wangen-Profil und dem Schnittpunkt des Fräserprofils mit dem verlängerten Radius R_n (in Richtung Fräser-Mittelpunkt /&) ergeben, also:

R_T 10° = 93 mm (.<!!„ = 89)

It)M₀ +R_F= R_n, z. B. R_T 15° = 90 mm (Jt„= 84)

A₇-20° = 88 mm («:„ = 76)

Die Werte R_n werden zeichnerisch vermessen durch Anlegen des Fräserprofils an das Werkstückprofil (Fig. 4a), mit R_x verlängert zur Mittellinie M₀ - Ii, und einem Speicher Sn (Fig. 6b) des Maschinen-Rechners mit dem dazugehörigen Umlauf-Winkel #„, z. B. y#„. 15°, eingegeben als erster Schritt für die Errechnung des Vorschub weges X. Die Berührungspunkte des Fräsen selbst am Profil der Wange haben hierzu eine unbekannte Lage.

Gilt als Ausgangslage, daS die lange Achse der Wange waagerecht zur Fräsermitte liegt (Fig. 4a), so ist R_w 0° = R_T 0°, dann vergrößert sich R_T gegenüber Ä„, bis z. B. bei 120° die Wangenform z. B. in eine Kreisform übergehi, wobei dann R_w = R_T wird.

Die Größe des Einheitswinkels y_E richtet sich nach ufer zulässigen Fonngenauigkeit Bei einem Radius R_w von 100 mm ergäbe sich bei y = 5 ° (bei einer Kreisform) eme Bogenhöhe vcu etwa 0,01 mm. Der Weg des Frässcbüttens ergibt sich dann aus AX. = Ätwj = R₇..

Die rechnerische Ermittlung der Ατ-,,-Werte. geht gegenüber der konstruktiven Lösung davon aus, daß jeder Wangenform-Radius R_w an der Schnittstelle mit dem Profil der Wange auch den Berührungspunkt des Fräsers darstellt. Die Länge R_w und der dazugehörige Winke:! η ■ y_E sind also für diesen Berührungspunkt des Fräsers durch Zeichnung oder durch Berechnung nach 4 b + c bekannt.

Für die Berechnung der Radien R_w sind nachstehend aufgeführte Zeichnungs-Daten für eine aus Teilkreisen aufgebaute Oval-Wange erforderlich, die dem Rechner REy_x (Fig. 6a) eingegeben werden, entsprechend der Fig. 4b und c.

Daten für Rechteckwangen sind hier noch nicht berücksichtigt.

Radien Ä|, A₂ (.Rj Birnenform der Wange) Winkel a_x (O₂ = 180° - ^₁)

(.O₃ = Bimenform der Wange)

a_E Einheits*· inkel für den Rechnungsschritt

Ausgangslage, lange Achse waagerecht, 1. Radius = Ä„0°

Wie aus Fig. 4b und c zu ersehen ht, sind mehrere Darstellungen für die Umsetzung der Radien R_x und R₂ in Form-Radien R_w mit Mittelpunkt M₀ erforderlich:

Fig. 4b

50

R_w 0° - H₁ = j/j^R, ■ cos 0° - -^) + (β, + r) J + (r_x ■ sinO° - ^J (5.1)

Fig. 4bI+4c

sin0° --^) - cj (S.3)

R_wH^n₂ = 1/[(r₂-cos^-0°)-äJ + | (r₂ ■ «η ψ·-0°) + cj (5.2)

Fig. 4bl + 4c

R_wn₂ - n₃ - 1/[(ä₂ · cos0° - S^j - bj +

Fig. 4b

R„ n_} - n, = ]/[(/;', · cos -^L - 0°) + (Oi - c)J + (ä, ■ sin ^- - 0⁰J (5.4)

11 E

Die Rechnungen nach Formel (5) werden mit dem gewählten Rechenschritt, z. B. a_E = 5°, durchgeführt. Die zugehörigen Radien-Winkel Y₅ ergeben sich aus den nachstehenden Rechnungen, die mit dem gleichen Rechenschritt a_E durchgeführt werden, wobei der letzte Rechenschritt einen kleineren Winkel als a_E enthalten kann.

Diese errechnen sich nach folgenden Formeln:
5

Fig. 4b zu 5.1

_Äl._sin0°—iL
sinH,_(IIo-o- — ⁽⁶-^1}

Fig. 4c zu 5.2

(r₂ sin -^- - 0°)+ C
_\ £ ' (6.2)

/?„(/7| -W₂)

S_ü ■£ - = 6.! -*· 6.2 = 90° (! Quadrant)

25 Fig. 4b u. 5.4

Λ, · sin 2γ- - 0°
^001R·"-» " ⁽⁶⁴⁾

Su < ft = 6.3 + 6.4 = (90° II. Quadrant)

Diese Radien-Umlaufwinkel Y₅ „ nach Formel (6), in Winkelgraden von 0-360°unter der Berücksichtigung der

Quadrantenlage bestimmt, sind also nicht mehr die Summe des Einheitswinkels wie bei den konstruierten

35 Radien R_w. Der Differenz-Winkel)% ergibt sich deshalb aus der Differenz der beiden zugehörigen Radien winkel

I - YR$n) - Kn-

Bei den nachstehenden Rechnungen sind daher einzusetzen:
Bei konstruktiven R_w„ Bei berechneten R_w„

R_w 0°, R_w 5°, R_w 10° usw. R_WVi, R_wm, R_wm usw.

y_£z.B. 5° y_6BD, )W ϊβ^ usw.

Für die nachstehenden Rechnungen für die Radien R₇-sei angenommen, daß die Radien R_w und die Winkel y_E nach Fi g. 4a bekannt sind und für beliebige Profilformen gelten. Die errechneten Radien R_w und Winkel y₅ nach 50 Fig. 4b und 4c setzen Teilkreisbögen als Profil voraus.

Für die Berechnung der eigentlichen Abstandsradien R_r für die Strecke F₀-M₀ werden entsprechen^ der Fig. 5 folgende Bezeichnungen eingeführt:

R_W15 = α, = 84 mm nach Fig. 4a
55

R_w20 = ffi = 76 mm nach Fig. 4a

R_W25 = i, = 72 mm nach Fig. 4a
60 R_r = C₁ = 125 mm nach Fig. 4a

Ρ,.., = Schnittpunkt der Radien R_m mit dem Wangenprofil, zugleich Berührungspunkte des Fräsers.

Fig. 5

Der Fräser darf den Berührungspunkt, z. B. P₂, nur tangential berühren, sein Profil darf also die beiden benachbarten Berührungspunkte P, und P₃ nicht zugleich berühren, noch unterschneiden.
Deshalb wird gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindusig eine Verbindungslinie C₁ der beiden

Punkte P₁ und Py gezogen (Fig. 5), die damit parallel zur Tangente im Berührungspunkt P₂ liegt.

Wenn angenommen wird, daß der Berührungspunkt P₁ mit Abstand 76 mm von M₀ und einem Summenwinkel y_Kw„ bzw. y_5n, z. B. 20°, bekannt ist, so muß hierzu der Radius Ä_rmit seinem Winkel Y₁ „ gefunden werden, der auf der Linie F₀-Mo l'egt, und damit den Abstand der Fräser-Mitte F₀ bestimmt, der ergibt, daß das Fräserprofil das Wangenprofi! im Punkt P₁ berührt.

Hierzu wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Hilfsdreieck gebildet mit den zwei bekannten Radien a_x und b\ und dem Winkel 2 · y_E bzw. (y_6n + y₆„ + i) ⁼ V\*- Hie-VJS läßt sich die dritte Seite C₁ bekanntlich nach folgenden Formeln errechnen:

d = V(a{ + bt) - (2a, · i, · COSy₁) = 18,104mm (7)

daraus folgt für Winkel^,

= 0,723256 (8)

COs^₁ 4

2 ■ C\ · a\

ßt = 43,67°

R₁ = ß, + α_ε bzw.tf; + Vf.. bei gerechnetem Ä„ = 43.67 + 5° = 48,67° (9)

sinA = 0,750918

Mit den gefundenen Werten kann nun die Strecke F₀ - M₀ gesucht werden, die nach Abzug der Größe R_F den Wert R_T ergibt.

Der WinkelP₁ ist der Tagentenwinkel zum Radius a_lt für den der dazugehörige Radius R_T und dessen Winkel X₃ „ gesucht wird. Der Winkel^ wird um 90° vergrößert und damit die zweite Seite C₁ des zweiten Dreiecks gebildet. Diese hat den Betrag R_f. Aus den beiden Seiten a₂ und c₂ und dem Winkel^ läßt sich nun die dritte Seite b₂ errechnen, wie folgt:

b₂ = V(Ci₁ + cj) + (2 a₂ ■ C₂ ■ sinA) = 188,860 mm (10)

(Da der Winkel^ größer als 90° ist, wird im Gegensatz zur Formel (7) in der Formel (10) statt einer Subtraktion eine Addition durchgeführt mit sin P₁ statt den

O₁- R_F= R₇= 188,86-125 = 63, 86 mm (11)

Mit It₁ läßt sich auch der Winkel Y₁ des Dreiecks α, -C₂-I)₂ berechnen zu

cos V₂ = = 0,899409 (12)

2 ■ a₂ · D₂ ^w

Yi = 25,92°

Mit dem Winkel ^₂ zuzüglich des Winkels y_Rwn bzw. y_in z. B. = 20° für den Radius Ä» 20 (a₂) von dem in dieser Rechnung ausgegangen wurde, ergibt sich ein Umlaufwinkel

Yi mit 20° + 25,92° zu 45,92°. (13)

In dieser Weise lassen sich alle Ä_rund deren fc-Werte aus den Radien R_w errechnen, die dem Maschinen-Rechner, einem Speicher Sp₈ zugeführt werden und für die Berechnung der Vorschubbewegung X dienen (F i g. 6b).

Hierbei sind Rechenschritte erforderlich, in der Reihenfolge der Formehl (7) -* (13) die hintereinander ausgeführt werden müssen. Die Rechnungen wiederholen sich für] :den konstruierten oder errechneten Radius R_w.

Fig. 6a

Stehen die Werte der Form-Radien R_w konstruktiv zur Verfügung, so werden diese über eine Tastatur dem Speicher Sp₁ mit dem zugehörigen Radien-Winkel y_Rm als Adresse eingegeben. Bei einem Einheitswinkel y_E z. B. 5° wären dies für 180° 36 Werte.

Diese Werte werden in festgelegter Winkel-Reihenfolge vom Rechner AEj^ abgerufen und über die Formern (7) -► (13) sinngemäß verarbeitet und die gewünschten Ergebnisse:

Abstands-Radien R_Tm) _ ,, mm

Umlauf-Winkel Λ »o» - »,»

dem Speicher Sp% zugeführt

Werden die Radien R_w und deren Winkel y_Sx nach den Formeln (5.1-4) berechnet (über Rechner RE₃J, so werden diese Ergebnisse ebenfalls dem Speichel Sp₁ in der notwendigen Reihenfolge mit den Winkeln y₅„ als

Adresse zugeführt, um im Rechner RE₃₂ sinngemäß verarbeitet zu werden.

Die Rechnungen werden sofort nach Eingabe der Daten, nach Wahl der Betriebsart Zapfen oder Wangen, durchgeführt.

Fig. 6b

Für die Bearbeitung der Wangen mit Außen- oder Innenfräser wird wie bei der Bearbeitung der Kurbelzapfen die Vorschubgeschwindigkeit des Frässchlittens als V_x vorgegeben. Diese errechnet sich erfindungsgemäß nach den konstruktiv oder rechnerisch festgelegten Radien R_T, die nicht die Form der Wange festlegen, sondern die Lage des Fräsermittelpunktes. Die Differenz der Radien Äygeben damit also immer auch den Wert des Weges χ an. Für die Festlegung der Geschwindigkeit des Vorschubes wird daher die Differenz zweier benachbarter Radien Ä_rgemessen und in Verbindung gebracht mit dem Abstand der beiden Radien /?_r(Winkel y₄) und mit der Drehzahl der Werkstückspindel:

V„. = n_c ■ (R_n+χ- R_n) --^l mm/min, (16)

Va „

wobei γ_4π aus der Differenz iyi„+\ - kj„) besieht. (Fig. 5)
Mit der Verwendung des Impulsgebers an der Werkstückspindel C erhält die Formel nachstehende Form:

±V_XW„ = Imp_c ■ [ · —— · )■ ±AX_m. (17)

¹¹ \ ta Imp_c/\Jm y_An J

Aus der Differenz Ä_rergibt sich auch das Vorzeichen ±für die Richtung der Bewegung des Frässchlittens: Das Plus-Zeichen gibt die Richtung des Fräsers zum Werkstück hin an.

Beispiel: Die Differenz zwischen Ä_T15 = 95 mm und Ä_r20 = 93 mm beträgt + 2 mm. Beträgt die Drehzahl der Werkstückspindel 2 Upm =72000 Imp/min = 12 Impulse pro/Zeittakt ta 0,01 Sekunde, damit

Ία- - ^m'

so ergibt sich

Fig. 6b

Während des Arbeitsablaufes werden vom Digital-Geber DGC4.3 die Zähler Za₁ und Zo₈ im Rechner RE₄ gespeist. Zähler Ze₈ gibt ständig die Ist-Winkellage 0-360 °an, während über Zähler Za₁ und Komperator Comjh, in bekannter Weise ciir Rechnertakt T₂ durch Abruf der Winkelwerte V_3n+1 gebildet wird.

Im Takt T₂ wird auch der Wert R_Tn +! abgerufen und über den Subtrahierer Subtr-j mit R_n die Differenz ±A X_w„ gebildet. Die Summe ± A X_Kn (Zähler ZaIO) gibt den Augenblickswert der Lage Xdes Frässchlittens an. Dieser wird im Takt T₂ zur Kontrolle der Lage an die Lageregelung nach Fig. 3c gegeben (Antriebs-Steuerung). Mit den A.äf»,„-Werten und dem im Subtrahierer Subtr_s gebildeten Abstandswinkel y_A„ nach Fig. 5 sowie mit den bereits anstehenden Werten: Imp_cfUm, Imp_c ■ ta, 360°wird die Geschwindigkeit nach der Formel (17) gebildet, wobei vorweg

1 1 360

ta Imp_crU y_4B+1

der Zwischen-Wert Z19 errechnet und mit dem Wert ±AX_m im Takt T₂ multipliziert als weiterer Zwischen-Wert Z20 η gespeichert wird. Bei zeichnerisch gegebenem Radius Ä_rist für y_4a der Einheitswinkel y_E zu setzen (Fig. 4a). Während des Arbeitsganges wird nun im Zeittakt ία von z. B. 0,01 see erfindungsgemäß nur noch die einfache Multiplikation

±V_an = Imp_c(la)-±Z20n (18)

durchgeführt Dieser Wert ist der dynamischen Bewegung der Werkstückspindel angepaßt und wird im Zeittakt der Antriebs-Steuerung und -Regelung nach Fig. 3c zugeführt

Der Rechner RE₄, (Fig. 6b), führt noch erfindungsgemäß eine Kontrolle der Winkelrechnungen yi-y₄ durch, die untereinander abhängig sind, indem die Winkelwerte y₄ im Zähler Zog addiert, als Sollwert dem Subtrahierer Subtr6 zum Vergleich mit der Impuls-Summe nach Zähler Zä_t als Ist-Wert zugeführt wird.

Das muß im Takt T₁ geschehen, wobei der eben abgefahrene Wert a0-360°mit dem Wert des Winkeis yi„ (nicht V₃ „+1), der mit Takt 2 neu bei Speicher Sps abgerufen wird) übereinstimmen muß. Das gilt im übrigen auch für die Lage-Kontrolle-Summe AX_m, in dem Wert X_wn darf der nächste Schritt X_w„+i nicht enthalten sein.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch eine Möglichkeit geschaffen worden, Rechtschwangen wirtschaftlich herzustellen.

Unter Rechteckwangen versteht man solche, bei denen die äußere Kontur ganz oder teilweise parallel zu den Mittelachsen verläuft. Hier ist anstelle der zahlreichen, der Wangenform angepaßten Tangenten, nur eine Gerade vorhanden, die zugleich das Bearbeitungsprofiil und die Tangente bildet und mit dem Weg X des Frässchlittens in Übereinstimmung gebracht wsrden mulk

In Fig. 7a und 7b ist das Fräsen einer RechCecfcwaiige dargestellt. Gegeben sind die Mittelachsen α,, a₂, b durch den Drehmittelpunkt M₀, wobei angenommen ist, daß alle Seiten parallel zu den Mittelachsen laufen.

Die Diagonal-Radien Ä_D<,_l(a2) vom Drehmittelpunkt M₀ der Wange sind entweder bei der Konstruktion gleich mit eingezeichnet, sie können aber auch leicht rechnerisch aus den Werten der Mittel-Achsen bestimmt werden, wie folgt:

wobei in den nachfolgenden Zahlen-Beispielen is

αϊ mit 250 mm
c- mit 170 mm

b mit "25 mm
R_F mit 500 mm

angenommen wurde. In den Fig. sind die Werte in verschiedenen Maßstäben berücksichtigt.

Die zwischen den Diagonalen und den Achsen liegenden Nenn-Winkel, die fortlaufend entsprechend dem Arbeitsablauf mit γ_Ν\-γ_Ν% bezeichnet sind, errechnen sich aus den cos-Werten:

1. cos yjvi/8 = -^- daraus z. B. = 26,5° 90° Quadranten l/TV _JQ

2. cos Yf/2/η = —— daraus z. B. = 63,5°

R_{Dai (21)}

3. cos y_Nm = -£— daraus z. B. = 53,6° 90° Quadranten ΙΙ/ΙΠ

4. cos y_NAIS = -^- daraus z. B. = 36,4°

Die zwischen den Diagonalen und den Achsen des Werkstückes liegenden Nenn-Winkel y_N haben ihren Anfang jeweils bei den Achsen, z. B. y_Nl 0° bei a_x und Ihr Ende jeweils an der Diagonalen, z. B. 26,5° bei R_Day Bei den Diagonalen springt der Winkel auf die Differenz zn 90°, ein Wert, der nun auf Null zu läuft. Die y-Werte sind daher nicht mit den Werten des Umlauf-Winkels α zur Werkzeugspindel gleichzusetzen.

Aus den konstruktiv bzw. rechnerisch festgelegten Diagonalen R_D ergeben sich weiterhin die Mindest-Abstände Y zu den Achsen und zugleich die Mindeait-Vorschubwege X (Fig. 7b)

1. Y_ai = R_Dai-_ax = Xm z- B. 2940 mm

2. Yt₁=RDa₁-O =Xin 154,50 mm so

3. Y_1n = R_Dai-_b = X_m 86,00 mm

4. Y_n= R₀O₁-O₁ = X4/5 41,00 mm

Fig. 8

Nun ist, wie auch aus F i g. 8 zu entnehmen ist, der notwendige Fräsweg, z. B. b, schon lange vor Erreichen des Endes des Nennwinkels y_m fertig bearbeitet. Würde jietzt das Fahren »um die Ecke« ebenfalls tangential erfolgen, würde der Weg X sehr große Werte annehmen.

Würde z. B. der Nennwinkel y_Nl mit 26,5° voll tangential ausgefahren werden, müßte anstelle des Weges Y_at = X\ von 29,35 mm ein Weg Z₁ mit 88 mm gefahren werden. Um jedoch tangential in den zweiten Nennwinkel y_Nl = 63,5^oeinfahren zu können, wäre von Pos. 279₁50 (Fi g. 8) zusätzlich ein Weg X₁ von 621,22 mm erforderlich.

65 Füg. 9a

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindiiong wird zur Herstellung von Rechteck-Wangen als maxi-

25

maler Weg des Frässchlittens der Abstand X_n (ο^χ^) (F i g. 7a u. 8), also die Differenz zwischen einer Mittelachse (z. B. U₁(O₂)(A)) und der Diagonalen (R_01n, R₀₀₂) angenommen, wobei der zugehörige Abstandswinkel y_A der Werkstückspindel C aus den Formeln: (Fig- 9a)

Γ

^KF^{+ X}Rf^

errechnet, wobei Zedern Teil der Abstände 7 entspricht, die sich aus dem Verhältnis des Fräserradius R_F zur Länge R_F und einer Achslänge des Rechteckes, multipliziert mit dem zugehörigen Mindestabstand K, ergibt:

z. B. für A₅ = 500 O₁ = 250 y_ax = 29,5 ist

** 500^50
7_O1 = 29^ · 0,666 = 19,67 = X_Rr
und zugehörigen Abstands-Winkel

Auch wenn die Mittelachsen (Radien) O₁ und 6j gleich lang sind, so sind ihre zugehörigen Mindest-Abstände im Bearbeitungs-Umlauf doch unterschiedlich groß.

Aus den bekannten Größen läßt sich der zum Mindestabstand zugehörige Dreh-Winkel des Werkstückes, Abstands-Winkel y_A nach den oben angegebenen erfindungsgemäßen Formeln (23.1) und (232) errechnen.

Es können über Matrix zum errechneten cos y_A die zugehörigen Grad-Werte und die für weitere Rechnungen erforderlichen Funktionswerte sin y_A und tg y_A gefunden werden. Dabei ist

Yau, = Ya_x und y_At

35

YAa₂ = Ya, und y_Ai

YAb₁ = Ya₂ und Ya₁ y_Ah = Ya₁ und y_Ai (s. Fig. 7a)

Es ergibt sich also für das gewählte Beispiel rechnungsmäßig:
Nennwinkel zu Abstandswinkel Differenz
1. _VflM = 26,5° - y_Aia = 15,8° = 10,7°

2. y^_n = 63,5° - Y_Avl = 36,7° = 26,8°

8°

(24; 3. y_N,_l6 = 54,5° - y_Ail6 = 284° - 26,0°

4. _Yflw = 35,5° - Ya.,_s = 19,5° - 16,0°

Die Differenz dieser Winkel ist der sogenannte Leer-Umlaufwinkel y_L, bei dem das Werkstück sich gemäC einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung bei stillstehendem Frässchlitten mit erhöhter Geschwindigkeit »um die Ecke« dreht, und zwar jeweils um den Betrag zweier Differenzen, also z. B. zwischen Ende y_M unt Anfang ^₂ ist der Leerwinkel 10,7° + 26,8° = 37,5°.

Eine Ungenauigkeit beim Übergang von Eilumlauf auf normale, zulässige Arbeitsgeschwindigkeit (Abbremsen des Motors usw.) und dem Wiedereinsetzen der Schlittenbewegung ist ohne Auswirkung, da diese Schaltun gen noch reichlich vor dem Eingriff des Fräsers in das Werkstück erfolgen. Die vorstehend beschriebene Lage Kontrolle und Lagekorrektur wird solche Ungenauigkeiten rechtzeitig ausregeln.

Aus F i g. 8 ist zu erkennen, daß auch noch am Ende des Abstandswinkels y_A der Fräser bereits tangential weil über die Kante des Werkstückes hinausgefahren ist. Der Winkel, der eigentlich dem wirklichen Fräsweg X_r entspricht, genannt y_F, errechnet sich zu

65

Yf Ya

1. tg y_Fm = = 9,50° 15,8° ⁽²⁵

fl| + K_F

Yf Ya
= 21,80° 3δ,7°

5 = 15,6° 28,5° (25)

Vergleicht man am Zahlenbeispiel die Winkel y_f und y_A , so kann es von zeitlichem Vorteil sein, nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bereits nach Beendigung des Fräswinkels y_F (auf volle Grade aufgerundet) das Werkstück in Eil-Umlauf zu setzen (Fig. 9a).

Die Verbindung zwischen Werkstückdrehung (Winkel a) und dem Vorschub Xdes Frässchlittens 12 wird dabei nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung nach Ablauf des Winkels y_Am aufgehoben. Nach Durchlauf der Leerlauf-Winkel y_L, bei Beginn des nächsten Winkels κ<,,₊₁, wird diese Abhängigkeit, ev. bei vermindertem Eilumlauf wieder hergestellt, um kurz vor Beginn des nächsten Fräswinkels y_Fm+l (auf volle Grade abgtAindet) über einen festgelegten Bremswinkel auf die Fräs-Umlauf-Geschwindigkeit zu schalten. Inzwischen ist durch die Lagekontrolle auch eine eventuelle Differenz von Winkel α zur Lage JSTausgeglichen. Zur Bestimmung der Vorschub-Geschwindigkeit V„ und zur laufenden Feststellung des Weges X des Frässchlittens muß der Mindestabstand Ym Teilstrecken aufgelöst werden.

Fig. 9b

Hierzu wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Abstands-Winkel y_A , in dessen Bereich ein zwangsläufiger Zusammenhang zwischen Werkstückdrehung und Frässchlitten-Vorschub besteht, mit einem Einheits-Winkel y_£, z. B. 5°, aufgeteilt (Fig. 9b).

Ein kleiner Einheitswinkel y_E, ist wichtig. Zwar ergibt sich für den ersten Winkel y„ = 1 nur ein Weg ΛΤ von 0-11 mm. Der tangentiale Fräsweg Ta (Fig. 9a) beträgt aber bereits 8,7 mm, das Verhältnis

Ta _ 79
X 1 '

Der vom Einheitswinkel y_& abhängige Teilweg X_n des Frässchlittens wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch den Schnittpunkt der Mittellinie M₀-F₀ und der Tangente der beiden Kreise mit den Radien Ayr und e,(a₂)(i) in die berechenbaren Abstände AX_Rfk und AX_ax{aim geteilt (Beispiel Fig. 9a X_x 16°).

Der Abstand X_Rft errechnet sich zu: (s. Fig. 9a)

2. ye_n = (Rf

3. Yf_n + e„ = R_F + COSVe_n) = R_F ■ ZlS_n

= (RfZlS_n) -R_T

50 wobei diese Werte den entsprechenden Abstands-Winkeln y_A\-% zuzuordnen sind.

Der Abstand A X_a\(_aw>tn ^w'^rc^^m·* Hilfe der Form-Radien R„ nach Fig. 9b, die in Schritten des Einheitswinkels Ye im Bereich der Abstandswinkel y_{A x} .₈ liegen, und mit Hilfe der obigen vorberechenbaren Funktions-Zwischenwerten Z25„ im Rechner RE₅ berechnet, und zwar nach folgenden Formeln:

55 1. AX_m YE\n_n " Rwa, YEui, ~ "i = (a\ ■ ZlS_n) - O₁

2. AX„, y_Em„ = R_wb] y_E]/u -b -(A- Z25„) - b

3. AX_1n y_E4/5n = R_w<n Y_U/U - O₁ = (a₂ · Z25J - a₂

4. A X_h y_E6nn = R_wh Ys_6n-b - (* · Z25„) - b

Beispiel: Z25nfür 16° = 1,0403

XftF\6

1,0403 X 500 (.R_F) = 520,15 - 500,00 20.15

Χ_{αλ Ι6}. = 1,0403 X 250 (α,) = 260,075

- 250,000 10.075

Die Arbeitsstrecke Z„i₆<» = 20,15 +10,075 = 30,225 mm. Sie ist also nur um 0,725 mm größer als der Mindest-Abstand Y_aX mit 29,5 mm.

Die Summe der Teil-Abstandswerte AR_Fn und AX_a._n{al^_blij(_br) = X_n werden den Abstandswinkeln y_AX .₈ zugeordnet. Zudem muß dann der Wert X_n eine entsprechende Zuordnung zum Umlauf-Winkel α (über den Rechner RE₅) bekommen (Fig. 7).

l.AXRfH +	Ax1n	VEX,'	Xx η	«P —·■ ii° — Y f/r° —►· /y° 1 /D !Αι λ\ n\u\ no «1 it\ß
2. Δ JCp c- "Φ*	Axh	Y El η	Xm
3-^* +	AxH	YE3 π	X3n	Yo^yA3 = XiÄ<t°m - agj
4.AXRf.+	AXa1	y£4* =	A4n	Va* ~y§= *.[<*, - ef,(18O«0
5.AXRf,+	Ax1n	y£5n =	y>n
6.AXRFm +	AXt2	y£6» =	Xen	y-46 ~* M? = A6n[Cfn, - ^(27O0)
T-AXr,.+	AXt1	YEla =	Xin

(28)

^„,,(360°)

Fig. 10a zeigt, daß als Ehigabt von Hand nur die Werkstück-Achsen a, O₂, bsowie der Einheitswinkel y_£und der Fräser-Radius R_F eingegeben werden muß. In vielen Fällen sind auch die Daten der Formeln (20)/(21 )/(22) zeichnerisch vorhanden, es ist aber besser, auch diese Werte errechnen zu lassen, um Werkstück-Korrekturen oder auch Sonderformen (z. B. abgerundete Ecken) durch Sonder-Eingaben leichter errechnen zu können.

Fig. 10a

In Fig. 10a sind die einzelnen Ergebnisse vorstehend beschriebener Rechnungsverfahren nach den Formeln (20)-(28), die für die Berechnung aller Vorschub T-Werte erforderlich sind, zusammengestellt.

Aus den Formeln (23.1) und (23.2) für cos y_A ,_₈ werden mit Hilfe der Matrix bzw. dem Hilfsrechner RE₅ , die für die weiteren Rechnungen erforderlichen Winkel y_A, sin y, tg y-Werte bestimmt.

Nach der Feststellung der Winkel y_u _₈ und y_n_₈ wird im Speicher (Rechner) ^£5.2 die Reihenfolge der Werte aller Winkel mit Positions-Nummern (Adressen) festgelegt und zudem mit dam Wert ardes Umlaufwinkels des Werkstückes versehen.

Dabei werden im Rechner RE₅₂ bereits jeweils zwei aufeinanderfolgende Leer-Umlauf-Winkel, z. B.

Yl\ + X/.2 ⁼ V112

addiert und mit dem zugehörigen Umlaufwinkel a_L herausgegeben.

Dieser Aufbau der Rechnungswege und vor allem die Organisation der Speicher gilt nur als Beispiel und ist endgültig natürlich von der Konstruktion der »Hardware« abhängig.

Fig. 10b

Diese gilt vor allem für den Prgrammspeicher Sp_n, der die für die Steuerung der Maschine (Werkstückspindel C und Frässchlitten 12) notwendigen Daten aus dem Rechner RE₅ erhalten hat.

Diese Daten haben einerseits als Ablage-Adresse eine Positions-Nummer, die sich bei gleichem Arbeitsablauf nicht mehr ändert. Als Abruf-Adresse kann die gleiche Position aber bei verschiedenen Werkstücken mit verschiedenen Winkel a-Werten versehen sein, die über Comperator Comps und Impulszähler Zä'n des Rechners RE,, (Fig. 10c) verglichen werden (= Takt T_}). Bei Gleichheit wird die nächste Positions-Nummer bzw. der nächste < «-Wert abgerufen usw.

Der Speicher in dieser Form ist ein Beispiel. Dabei haben die einzelnen Spalten folgende Bedeutung: Programm-Speicher Sp₁₂:

Spalte I = Pos.-No.

Für jede Zustandsänderung der Antriebe C= Werkstückspindel und F. S. 12 = Frässchlitten wird eine Pos.-No. gesetzt, z. B. für C_E, Cy_n, St, +, -, x Ände-

18

Spalte 2 = Winkel a =

Spalte 3 = y_F =

4 = y_A

5 = y_L

rangen der Strecken X_n wird innerhalb einer Pos. durch Winkel α positioniert.

Zu jedem Wert der Spalten 3-10 wird der dazugehörige Winkel e-Wert = Winkellage der Werkstückspindel C in Spalte 2 gesetzt. Die o-Rechenwerte können auf volle Grade gesetzt werden, da der genaue Zusammenhang von Winkel und Weg X rechnerisch gesichert wird.

Nach »Start« wird Pos. 1 eingenickt und a_u und X_u als Vorgabe ausgegeben. Im Rechner RE₆ wird C₁ mit dem Ist-Wert α (vom Imp_c) verglichen und bei Gleichheit die nächsten a_x j- und Jf₁ j-Werte abgerufen.

Diese Werte sind nur zur Sicht-Kontrolle aufgeführt. Ihr Wert ist bereits im Rechner RE₅ auf Winkel o-Werte umgerechnet und damit hängt auch ihte Wirkung vom α-Wert ab. Wird der eigentliche Fräsweg mit y_f eingesetzt, so ist darauf zu achten, daß bei Wieder-Annäherung an den nächsten Wert y^ also nach dem EU-Umlauf, mit einem festzulegenden Vor-Winkel von Eilgang auf Fräs-Umlauf-Geschwindigkeit V_UF zu schalten ist (nicht eingezeichnet).

Spalte 6 = Werkstück-Achse C Kommandos für den Antrieb der Werkstückspindel

V_UE Eilumlauf - C_E V_UF Fräsumlauf = C_F

Spalte 7 = 12 =

Spalte 8 = X_n = Spalte 9 = tf| /0° - α?,

Spalte 10 =· y_L

Frässchlitter: Kommandos

Lauf=Z

Stillstand = St

Die Werte X setzen entsprechend oer Stellung des Frässchlittens bei dem zugehörigen Winkel c, bestimmt durch Rechner RE₅. Bei Abruf werden nur die ΛΓ,,-Werte mit dem Winkel e-Wert von 0-360° (Spalte 2) ausgegeben und zum Rechner RE₆ geführt.

Setzen der Eil-Umlauf-Werte über den Rechner REs, also z. B. Fig. 10c

Die vorzugebende Geschwindigkeit wird nicht im Rechner RE₅ bestimmt, sondern die X_n-Werte werden aus dem Programm-Speicher Spn in den Rechner RE₆ geführt, im SubtrahiererSubtr» wird ausX„+ \-X. die Differenz ±A X_n+ 1 gebildet und daraus die Geschwindigkeit und Richtung des FrässchJittens nach der Formel (29) ähnlich der Formel (16) (Fig. 10c)

20

25

30

35

± V_XuR„ = njmm

Ye

± _λ χ_η nun/min.

(29)

Bei Eingabe der Impulse lmp_c der Werkstückspindel anstelle der Drehzahl η ergibt sich, ähnlich de? Formel (17) die Formel

(30)

Der Unterschied gegenüber den früheren Formeln liegt im Differenzwinkel, der in den Formeln (16) und (17) unterschiedliche Größen iiat, während in die Formeln (29) und (30) der Einheitswinkel y_E eingesetzt werden kann. Aus

ta Imp_c/Vm

360 Ve

45

50

55

kann wieder eine Zwischen-Ziffer 29 vorweg errechnet werden, die mit dem Differenzwert ±AX„ aus dem Subtrahierer Subtrs des Rechners RE₆ multipliziert und über den Takt T₃ gesteuert wird.

Dieser Zwischen-Wert 29 aus dem MuItI₆, multipliziert mit den ± Δ X_wR„-Werten des Zählers Ze^, ergibt den vorauszuberechnenden Zwischen-Wert Z30„.

Der Zwischen-Wert Z30n der Vorrechnung wird nun laufend im ZeJUa¹U ta mit der aufgelaufenen Impulszahl Imp, multipliziert und ergibt die Frässchlitten-Geschwindigkeits-Vorgabe:

±V_XwR„ = Imp_cUa)±Z1Qn. (33)

Dieser Wert wird zusammen mit den Werten X_wR„ und dem Takt T₁ über elektronisch gesteuerte Umschalter anstelle der Werte V_Xw, X_w, T₁ (Rechner RE,) oder anstelle der Werte V_x, X, T₁ (Rechner RE_t und RE₂) sinngemäß der Antriebs- und Regel-Steuerung für den Frässchlitten zugeführt (Fig. 3c).

Die Geschwindigkeit V_XwR wächst mit steigendem Arbeitswinkel, daher ist es auch aus diesem Grunde zweck-

19

mäßig, den Fräsvorschub nur bis zum Ende des jeweiligen Winkels y_A zu betreiben. Bei y_E = 1 ° und einer konstanten Drehzahl der Werkstückspindel Cvonn= 0,1 Um/min ergibt sich für das Werkstück-BeisDiel:

Fräswinkel = Δ X„r mm = V_XwK mm/s

^,_/81°-15,8° = 0,27-3,01 = 0,162-2,25 1:14
y^_2/7l°-36,7° = 0,25-7,10 = 0,15-6,04 1:40
y^ j,« 1°-27,6° = 0,26-4,07 = 0,156-4,07 1:26

^_4/51°-19,5° = 0,26-2,22 = 0,156-2,66 1:17
y,_V2 l°-63,5° - 0,25-23,26 = 0,15-27,91 1:186

Das tangentiale Fräsen erfolgt über den ganzen Fräswinkel bis y_A = 45° mit etwa gleichbleibender Geschwindigkeit V_TA. Bei dem vorgenannten Zahlenbeispiel ergäbe sich eine Mindest-Geschwindigkeit von 6,54 mm/s u.: _ ι ο „-jj JO73 ·""·,/· bei >·„ = 36,7°. Die tangential« Geschwindigkeit ist also sofort hoch, im Gegensatz zu der ^Geschwindigkeit des Vorschubes des Frässchlittens. Dies ist bei der Festlegung der Umlaufgeschwindigkeit V_u der Werkstückspindel zu berücksichtigen. Bei den durchgerechneten Beispielen betrug V₁₁ nur 0,1 Um/min. "Die Zahl der Daten, die für die verschiedenen Arbeitsgänge bei den Zapfen und Wangen erforderlich ist, ist nicht groß. Sie werden entweder über Dekaden-Schalter von Hand eingestellt oder über Band einem Speicher zugeführt.

Über einen Betriebsart-Wahlschalter werden dann jeweils nur die Daten abgerufen, die für diesen Arbeitsgang benötigt werden, zugleich wird dadurch auch das entsprechende Rechenprogramm aktiviert.

Neben den Daten Tür Versetzen, Teilen, Einstechen sind erforderlich allgemein: R_F, Imp_c/Um, dl (la).

1) Kurbelzapfen, kurzer Weg 0°, H, R₂, a,

2) Kurbelzapfen, langer Weg 180°, H, R₂, a,

3) Wange, Oval, gleichseitig A₁, A₂, a_u a_E, a_u b, c,

4) Wange Birnenform R_u R₂, R}, a_E, a_u a₃, a_u a₂, b,

5) Wange Rechteck a_u a₂, b, y_£,

6) Wange Rechteck mit Kreisbogen O₁, a₂, b, y_£, R_Bot (RBa₂)-

Die gewählten Daten in der eingegebenen Betriebsart-Stellung müssen einen Wert über »Null« haben.

Hierzu 19 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrische numerische Programmsteuerung für Kurbelwellenfräsmaschinen und Kurbelwellenschleifmaschinen, mit einem in einer Ebene rechtwinklig zur Achse der Kurbelwelle beweglichen Frässchlitten, bei der die Drehbewegung der Werkstückspindel, d. h. deren Drehzahl und Winkellage, über Digitalgeber und über einen Rechner sinngemäß in eine Längsbewegung des Frässchlittens umgesetzt wird, und die Werte für die Lage des Frässchlittens durch die eingegebenen Werkstücksdaten über einen Rechner digital ausgegeben werden, und der Frässchlitten mit einem Istwert-Geber für seine Bewegungen versehen ist und über eine Lageregelung mittels Soll-Ist-Vergleich geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rechner (RE) mit festgelegten, wählbaren Arbeitsprogrammen für Kurbelzapfen, für Wangen mit beliebigen Oval-Profilformen, für Rechteck-Formen und für Mischformen aus den vorherigen versehen ist, und daß in den Rechner (RE) der Fräser-Radius (R_F), sowie ein einheitlicher Winkel-Rechenschritt (oe) für den Umlauf der Werkstückspindel (C) eingebbar sind, und daß dem Rechner (RE) laufend durch einen fest mit der Werkstückspindel verbundenen Digitalgeber (DGC 43) von der Drehbewegung des Werkstücks abhangige Impulse, die über einen wählbaren ZeitUkt (ImpAa) das dynamische Verhalten des Antriebs erkennbar machen, zufließen,

und daß im Rechner aus den festgelegten und wählbaren, den eingegebenen und den aus der Maschine zufließenden Werten die erforderlichen Lagewerte (X_n) für den Frässchlitten (12)
für Kurbelzapfen nach den aus den bekannten Formeln für den Kurbeltrieb abgeleiteten Formeln (Formeln 2a und kb, s. auch Fig. 2a und 2b) errechenbar und speicherbar sind,

während für Wangen mit beliebigen Oval-Profilen, für Rechteck-Wangen und für Mischformen von beiden die Lagewerte (X_n) mit HiUe von errechneten oder konstruierten die Wangenform bestimmenden Form-Radien [R_w (a und b)] und deren Winkellagen (a oder y) errechenbar und speicherbar sind
und daß mit den daraus errechenbaren Lage-Teilstrecken (X_n) und den entsprechenden Winkelabschnitten (αε. oder γε_η) der Werkstückspindel (C) die zugehörige Vorschubgeschwindigkeit (V_xn) des Frässchlittens (12) nach der Formel

, ₄ Γ¹ 1 ³60^o , . _v 1

= Imp_cAa — · · ± A X_n

L ta Imp_c/U a_E „ oder y„ "J

o_Ell oder y_n

durch er 'sprechende Multiplikatoren, Dividierer und sonstige Rechenelemente errechenbar ist, wobei der Klammerinhalt die voraus berechenbaren und speicherbaren Zwischenwerte (Z_n) ergibt und diese Zwischenwerte während des Arbeitsvorganges zu Beginn des nächsten Winkelschrittes in vorbestimmten Zeitabschnitten (Ie) mit de* in diesem Zeitraum vom Digitalgeber (DGC4) über den Zähler (ZA₁) (F i g. 3a) eingelaufenen Impulszahl (Imp_cAa) multiplizierbar sind und mit Hilfe der erhaltenen Werte die Vorschubgeschwindigkeit (V_x„) des Frässchlittens (12) bestimmbar ist. die in die Führungsspannung für den Frässchlitten (12) umwandelbar ist.

2. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund des gewählten Zeittaktes (ta) die Multiplikation für V_x = Imp_c/ta ■ Z_n innerhalb eines Winkelschrittes so oft whderholbar ist, daß die Dynamik der Werkstückspindel (C) mit der gewünschten Genauigkeit erfaßt wird.

3. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Arbeitsabläufe für das Wangenfräsen, von der langen Mittelachse (A{) und vom Drehpunkt der Wangen (M₀) ausgehend, ein Gitter aus Kreisbögen konstruierten oder errechneten Form-Radien (R_n) im jeweiligen Abstand eines Einheitswinkels (a_E) oder nach Eingabe der Zeichnungsdaten des Werkstücks (a_E, a_u a_hR_u R₂, A₃, a_b a₂, b, c) in den Rechner (RE3.1) über diesen die errechneten Form-Radien (R„) und die Radien-Winkel (y_Sn) errechnet werden, wobei die Endpunkte der Form-Radien (R_w) auf der Profillinie des Ovals liegen und die Berührungspunkte des Fräserprofils ergeben (Fig. 4a-c, 5 und 6a).

4. Programmsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den dem Berührungs-Radius [R„ (a₂)] benachbarten Radien [R„ (β, und O₁)] und dem Winkel (y,) die mitte Seite (c,) eines Hilfs-Dreiecks über den Rechner (R_E 3.2 nach F i g. 6a) errechenbar ist, die zur Tangente im Berührungspunkt parallel verläuft, und damit der Winkel (ß₂) des Berührungs-Radius zur Tangente errechenbar ist, womit mit Hilfe eines zweiten Dreiecks (a₂, b₂, c₂) die Lage der Fräsermitte (^₀) zur Wangen-Mitte (M₀) bestimmbar ist, so daß sich nun aus der Verbindung .F₀AZo = b₂ der gesuchte Radius [R_7n = (b₂ - R_F)] und dessen Umlaufwinkel (y_3n) ergeben und damit über den Rechner (Ri₄ Fig. 6b) die Lagewerte (AX_wn) durch eine einfache Subtraktion R_Tn-R_{Tn +} \ vorausrechenbar sind, während die Geschwindigkeitsvorgaben (V_Xwn) über voraus berechenbare Zwischenwerte (Z_20n) gemäß Anspruch 1 durch einfache Multiplikation erhaltbar und diese Werte an die Zentralsteuerung weitergebbar sind (Fig. 3c).

5. Programmsteuerung nach Ansppjch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Rechteck-Wangen nach Eingabe der Zeichnungsdaten des zu bearbeitenden Rechtecks als maximaler Weg (X) des Frässchlittens (12) der Abstand O(Y_an Y₀₇, Y_bl, X^₂) gilt (Fig. 7a), der die Differenz darstellt zwischen einer der Mittelachsen, («0 und der Diagonalen (R_Da,), wobei der zugehörige Abstands-Drehwinkel (y_A) der Werkstückspindel (Q aus dem Verhältnis Fräserradius (Rf) zur Summe Fräserradius (R_f) und dessen Abstands-Anteil (Xrf_o]) aus Abstand (Y₀₁) zu

errechenbar ist, wobei der Wert X_Ktut aus dem Verhältnis von Fräser-Radius (R_F) zur Summe aus Fräserradius

und der Strecke einer Mittelachse (R_F+ a{) durch im Rechner (RE₅ Fi g. 10a) angeordnete Addierer/Dividierer und durch Multiplikation mit dem zugehörigen Mradest-Abstand (Y_m), also zu

errechenbar ist (Fig. 8).

6. Programmsteuerung nach Ansprach S, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach Ablauf eines Abstandswinkels (y_Al\ die Zwangsläufigkeit des Frässchlittens (12) mit der Drehung der Werkstückspindel (C) aufhebbar und dadurch der Frässchlitten stillsetzbar ist, wobei die Werkstückspindel (C) sieh während der Dauer der Stillsetzung des Frässchlittens (12) mit Eilganggeschwindigkeit bis zum Anfang des nächsten Abstands-Winkels (y_Al) bewegt und dann die Zwangsläufigkeit beider Antriebe wieder herstellbar ist (Fig. 8).

7. Programmsteuerung nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit (V„) und zur laufenden Feststellung des Weges (x) des Frässchlittens (12) der Abstandswinkel (y_A) mit einem Einheitwinkel (y_E) (z. B. 1°) mit den Form-Radien R_Kai (b) aufteilbar ist (Fig. 9b), wobei bei bekanntem Fräserradius (R_F) und bekannter Mittelachse (aj) und Drehwinkel-Abschnitt (y_An) der Werkstückspindel (O die Lage-Strecken (X_n) des Frässchlittens (12) aus der Summe