DE2857550C2

DE2857550C2 -

Info

Publication number: DE2857550C2
Application number: DE2857550A
Authority: DE
Inventors: Erich Tlaker; Clarence M. Springfield Vt. Us Nichols
Original assignee: Fellows Corp
Current assignee: Fellows Corp
Priority date: 1977-01-10
Filing date: 1978-01-02
Publication date: 1989-03-02
Also published as: JPH0367817B2; CH635020A5; FR2387735B1; DE2857552C2; DE2800023A1; IT7819053A0; GB1595644A; FR2387735A1; DE2857549C2; US4136302A; JPS62124852A; DE2858367C2; DE2800023C2; JPH0367818B2; CH635268A5; CH635269A5; CH635266A5; JPS62124853A; JPS62124849A; JPH0144450B2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Zahnradwälzstoßmaschine mit einer Werkzeugspindel, die durch eine Zylinder-Kolben-Einheit mit je einem Druckmittelraum für den Arbeitshub und für den Rückhub axial hin- und herbewegbar ist, sowie mit einem Vorschubsystem für den Wälzvorschub und für den Tiefenvorschub.

Die Verwendung einer hydromechanischen Vorrichtung zum wieder holten Hin- und Herbewegen der Spindel einer Zahnradwälzstoßmaschine ermög licht eine Anpassungsfähigkeit der Steuerung, die bei anderen Maschinen, die mechanisch über Gestänge, Zahnstangengetriebe oder dergleichen angetrieben werden, nicht erreichbar ist. Die DE-PS 9 07 241 beschreibt ein hydraulisches Getriebe für Zahnradwälzstoßmaschinen bei dem die harten Stöße bei der Bewegungsumkehr des Stößels vermieden werden können. Ein Hubbegrenzungselement wird in der Druckölleitung, die von dem unteren Zylinderraum des Stößels zum Umsteuerventil führt, eingesetzt und das Element wird mechanisch vom Stößel aus angesteuert. Durch eine Umsteuerung des Ölstroms aus dem unteren Zylinderraum, können die Massenkräfte bei der Bewegungsumkehr des Stößels ausgeglichen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer hydraulisch angetriebenen Zahnradwälzstoßmaschine eine Steuerungsanordnung zu schaffen, mit der die Schnittkraft bei vorgegebenen Druckmittel druck begrenzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Zu bevorzugende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Die Begrenzungssteuerung nach der Erfindung ist in der Lage, die Schnittkraft zu steuern, die durch die Schneidspindel ausgeübt wird, um entweder die Schnittkraft innerhalb einer ausgewählten maximalen Grenze zu halten oder um eine konstante Schnittkraft während eines Schneidvorganges auf rechtzuerhalten.

Die Erfindung schafft also ein Steuersystem für eine Zahnradwälzstoßmaschine mit einer hydromechanisch wiederholt hin- und herbewegten Schneidspindel, bei welcher der Druck des Hydrauliköls, mit dem die Spindelantriebskolbenfläche während des Arbeitshubes beaufschlagt wird, erfaßt und als ein Schnittkraft- oder Belastungsdruckeingangssignal für das Steuersystem benutzt wird. Das Steuersystem enthält Einrichtungen zum Vergleichen des Belastungsdrucksignals mit einem ausgewählten Schnittkraftgrenzsignal und zum Modifizieren des Betriebes der Maschine, falls erforderlich, infolge dieses Vergleiches, um die Schnittkraft auf oder nahe der ausgewählten Grenze zu halten.

Weiter enthält das Steuersystem nach der Erfindung eine Einrichtung zum Erzeugen einer veränderlichen Geschwindig keit des Tiefenvorschubs, wodurch diese Tiefenvorschubge schwindigkeit am Beginn des Tiefenvorschubs, wo die Schneid bedingungen gewöhnlich einfach sind, hoch ist und wodurch die Tiefenvorschubgeschwindigkeit zu einer End- oder Grund geschwindigkeit hin verringert wird, wenn sich der Schneid vorgang der Tiefe der Schneidposition nähert, wo Schneid bedingungen gewöhnlich schwieriger sind.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Die Fig. 1a bis 1d Teile einer vollständigen Figur, die, wenn sie gemäß der Darstellung in Fig. 2 zusammengesetzt sind, eine vollständige Figur bilden, die im folgenden als Fig. 1 bezeichnet wird und ein Schaltbild einer Werkzeugmaschine sowie ein zugeordnetes Steuersystem nach der Erfindung zeigt, und

Fig. 2 ein Diagramm, das zeigt, wie die Fig. 1a, 1b, 1c und 1d in bezug aufeinander anzu ordnen sind, um Fig. 1 zu bilden.

In Fig. 1 ist das Gesamtsystem schema tisch in Verbindung mit einer Stoßmaschine dargestellt, die eine vertikal hin- und herbewegbare Schneidspindel 5 hat, welche an ihrem unteren Ende ein Schneidwerkzeug 6 trägt. Die Bewegung der Schneidspindel 5 wird durch ein hydro mechanisches System bewirkt und gesteuert, das ein Servoventil 9 enthält, das Teil eines Servosystems ist, mittels welchem Hydrauliköl zwischen den dargestellten Kammern 7 und 8 mit kleinerer bzw. größerer Kolbenfläche und einem Auslaß ventilierbar ist, so daß die Spindel 5 der Auf- und Abbewegung des Servoventils nachgeführt wird. Das Servoventil 9 wird seinerseits durch ein Hubgestänge 11, das durch einen Hubmotor 10 angetrieben wird, wieder holt hin- und herbewegt. Das Hubgestänge 11 ist so ausge bildet, daß ein Hin- und Herbewegungszyklus des Servoven tils 9 für jeweils N Umdrehungen des Motors 10 erzeugt wird, und es ist manuell verstellbar, um sowohl die Hub länge als auch das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis des Servoventils 9 und dementsprechend die Hublänge und das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis der Spindel 5 zu ver ändern, wobei das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis das Verhältnis der Geschwindigkeit der Spindel oder des Ser voventils während dessen Rück- oder Aufwärtshub im Ver gleich zu seiner Geschwindigkeit während dessen Abwärts- oder Schneidhub ist.

Die spezifische Form der Schneidspindel, ihr hydraulisches Servosystem und das zugeordnete Hubgestänge 11 können sich im Rahmen der Erfindung weitgehend ändern.

Das Schneidwerkzeug 6 und das Werkstück können relativ zu einander vorgeschoben werden, und zwar entweder durch eine Drehvorschubantriebsvorrichtung 117, die durch einen Dreh vorschubmotor 116 angetrieben wird, oder durch eine Tie fenvorschubvorrichtung 167, die durch einen Tiefenvorschub motor 216 angetrieben wird, oder durch diese beiden Vorrich tungen gemeinsam. Durch Betätigung der Wälzvorschubvorrich tung werden das Schneidwerkzeug und das Werkstück beide gleichzeitig um Mittelachsen gedreht. Durch Betätigung der Tiefenvorschubvorrichtung 167 wird die Mittelachse des Schneidwerkzeuges zu der Mittelachse des Werkstückes hin- oder von derselben wegbewegt.

Die oben beschriebenen Teile bilden im wesentlichen die Grundmaschine, für die die Schnittkraftbegrenzungssteuerung nach der Erfin dung vorgesehen ist, und der übrige Teil in Fig. 1 zeigt Untersysteme, die in ihrer Gesamtheit mit A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bezeich net sind. Das System A ist ein Hubsteuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit des Hubmotors 10.

Das System B ist ein Hydraulikdrucksteuersystem, das auf eine Anzahl von verschiedenen Variablen einschließlich der tatsächlichen Schnittkraft anspricht, um den Hydraulikver sorgungsdruck oberhalb eines gegebenen Minimalwertes zu hal ten, der sich mit der Hubgeschwindigkeit ändert, ansonsten aber auf einem Wert, der nicht größer ist als der für die betreffende Arbeit benötigte Wert, um Energie zu sparen und trotzdem übermäßige Kräfte zu verhindern, die die Ka pazität der Maschine übersteigen. Es dient außerdem zum Schutz vor einem Hydraulikdruckausfall, vor zu großer Hubgeschwindigkeit und vor zu großem Versorgungsdruck.

Das System C steuert den Wälzvorschub über die Wälzvorschub vorrichtung 117 und den zugeordneten Motor 118. Das System D steuert den Tiefenvorschub über die Tiefenvorschubvorrich tung 167 und den zugeordneten Motor 216. Diese beiden Systeme sind mit dem Hubmotor derart gekoppelt, daß jedes in einer Betriebsart einen festen Vorschub pro Schneidhub der Spindel liefert. Diese beiden Systeme sind außerdem mit einem Schnittkraftgrenzwertselektor 66 und mit dem Hydraulikdrucksteuersystem B derart gekoppelt, daß der Gesamtvorschub, sei es insgesamt ein Wälzvorschub, ins gesamt ein Tiefenvorschub oder eine Kombination aus Wälz- und Tiefenvorschub, auf einem derartigen Wert gehalten wird, daß die tatsächliche Schnittkraft innerhalb der durch die Grenzwertauswähleinrichtung eingestellten Grenze gehal ten wird. Schließlich ist das System E ein System zum Steu ern der Vertikalposition des Schneidwerkzeuges relativ zu dem Werkstück und zum Anheben des Werkzeuges, um es bei spielsweise über Werkstückhindernisse hinwegzuführen.

Der Druck des Hydrauliköls, das der Spindel zugeführt wird, wird durch das System B gesteuert. Eine einstellbare Ver drängerpumpe 30 wird durch einen Motor 31 mit konstanter Drehzahl angetrieben und ihre Verdrängung wird durch einen Regler 52 geregelt, der auf ein elektrisches Eingangssignal anspricht, wobei der Regler 52 die Pumpe veranlaßt, Hydrau liköl in der durch die Spindelhubvorrichtung geforderten Menge und mit einem durch sein elektrisches Eingangssignal diktierten Druck zu liefern. Das Eingangssignal des Reglers 52 und infolgedessen der Versorgungsdruck des Hydrauliköls in der Versorgungsleitung 33 wird in Abhängigkeit von einer Anzahl von unterschiedlichen Variablen geregelt, um den Versorgungsdruck auf einem gewünschten Wert zu halten, wie unten dargelegt.

Der Belastungsdruck, d. h. der Druck des Hydrauliköls, das der Kammer 8 zugeführt wird, die den Kolben mit der größe ren Fläche enthält, wird durch einen Druckgeber 32 über wacht, der eine analoge Ausgangsspannung erzeugt. Diese analoge Spannung wird während eines Schneidhubes durch eine Tastspeicherschaltung 34 abgefühlt, und zwar infolge eines Abtastsignals, das während des Schneidhubes durch einen Schalter 35 geliefert wird, der durch den Hubmotor 10 angetrieben wird, um ein Ausgangssignal P _L zu erzeugen, das in direkter Beziehung zu der durch das Schneidwerkzeug 6 auf das Werkstück ausgeübten Schnittkraft steht. Eine Schaltung 36 addiert einen Bruchteil des Spannungssignals P _L zu sich selbst, so daß ein Ausgangssignal (P _L+CP _L ) erzeugt wird, das um diesen Bruchteil größer ist als das Spannungssignal P _L.

Ein Druckgeber 38 überwacht den Versorgungsdruck und er zeugt ein elektrisches Ausgangssignal P _S, das in direkter Beziehung zu dem Versorgungsdruck steht.

Diese Schaltung (B) schützt vor einem Hydraulikdruckausfall oder vor einem unzulänglichen Hydraulikdruck im Leerlauf oder bei niedrigen Schnittkräften. Es reguliert außerdem die maximalen Beschleunigungsgeschwindigkeiten, indem es der Hubgeschwindigkeit gestattet, nur mit einer Geschwin digkeit zuzunehmen, die mit derjenigen kompatibel ist, mit der der Versorgungsdruck durch die Pumpe 30 erhöht werden kann.

Schnittkraftgrenzwertsteuerung

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zum Regulieren der maximalen Schnittkraft, die durch das Werkzeug auf das Werkstück ausgeübt werden kann, enthalten. Diese Einrichtung enthält eine manuell einstellbare Schal tung 66 zum Erzeugen eines Maximalkraftgrenzwertsignals F _M. Dieses Maximalkraftgrenzwertsignal wird seinerseits durch eine Subtrahierschaltung 68 mit dem Signal (P _L+CP _L ) ver glichen, das in direkter Beziehung zu der tatsächlichen Schnittkraft steht. Wenn das Signal (P _L+CP _L ) größer als das Signal F _M ist, wird ein Signal E auf einer Leitung 70 erzeugt. Wenn das Signal E erscheint, wird es in einer Teilerschaltung 71 mit seinem Vorschubsignal S _F, das von dem Drehvorschubsteuersystem über einen Kontakt 211 oder von dem Tiefenvorschubsteuersystem über einen Kontakt 212 geliefert wird, verknüpft, um ein Überlastausgangs signal E _L zu erzeugen. Die Teilerschaltung 71 ist eine Multiplizierschaltusng, die die Eingangssignale E und S _F gemäß folgender Funktion verknüpft: E _L = wobei C gleich 10 oder gleich irgendeiner anderen Zahl von ähn licher Größe ist. Das Signal E _L wird seinerseits sowohl zu dem Wälzvorschubantriebssystem (C) als auch zu dem Tiefen vorschubantriebssystem (D) geleistet, um entweder einen oder beide Vorschübe zu verringern und um dadurch die tatsäch liche Schnittkraft zurück unter den Grenzwert zu bringen, der durch die Schaltung 66 eingestellt ist. Das heißt, wenn die Ist- oder tatsächliche Schnittkraft den maximalen Grenz wert überschreitet, der durch die Schaltung 66 vorgegeben wird, dann werden entweder der Wälzvorschub oder der Tie fenvorschub oder beide (welcher auch immer zu dieser Zeit benutzt wird) modifiziert, um die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern und dadurch das Werkzeug zu veranlassen, einen kleineren Span abzunehmen und auf diese Weise die Schnitt kraft zu verringern und auf einen zulässigen Wert zurückzu bringen.

Wälzvorschubsteuerung

Ein Grundeingangssignal für das Wälzvorschubsteuersystem C wird dem Hubmotortachometer 43 entnommen.

Wenn die Maschine mit automatischem Wälzvor schub betrieben wird, ist ein Automatikschalter 106 geschlos sen und ein Handschalter 108 geöffnet, so daß das Signal von dem Punkt 104 zu dem Eingang einer Subtrahierschaltung 76 geleitet wird, wo es durch das Ausgangssignal E _L der Tei lerschaltung 71 verringert wird, wenn die Schnittkraft in diesem Augenblick den durch die Schaltung 66 voreingestell ten Wert übersteigt.

Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 76 wird einer Drehvorschubmotorsteuerschaltung 110 über einen Schalter 112, der die Rückwärts- oder Vorwärtsvorschubrichtung festlegt.

Tiefenvorschubsteuerung

Das Grobsteuersignal für das Tiefenvorschubsystem D von Fig. 1 kann entweder ein hubgeschwindigkeitsbezogenes Signal sein, das aus dem Tachometer 43 über ein Eichpotentio meter 120 gewonnen wird, oder ein manuell ausgewähltes, nichtgeschwindigkeitsbezogenes Signal, das einem manuellen Eingang 122 entnommen wird.

Das Untersystem, das für eine veränderliche Vergrö ßerung des Grundtiefenvorschubsignals sorgt, kann durch einen Selektorschalter 134 zu- und weggeschaltet werden. Wenn der Schalter 134 offen ist, geht das Grundtiefenvor schubsignal selbst über die Summierschaltung 136, und, wenn der Schalter geschlossen ist, wird das Inkrement signal, welches von dem Untersystem erzeugt wird, durch die Summierschaltung zu dem Grundsignal addiert. In jedem Fall wird das Ausgangssignal der Summierschaltung 136 einer Subtrahierschaltung 138 zugeführt, in welcher es um das Signal E _L aus der Teilerschaltung 71 der Schnittkraftbe grenzungsschaltung verringert wird, wenn dieses Signal vorhanden ist. Das Signal E _L ergibt sich, wenn der Bela stungsdruck den maximalen Grenzwert überschreitet, den der Grenzwertselektor 66 und die Teilerschaltung 71 vorgeben, und deshalb wird in der Subtrahierschaltung 138 das Signal E _L von dem Tiefenvorschubsignal subtrahiert, das die Sum mierschaltung 136 liefert, um die Tiefenvorschubgeschwindig keit und dadurch die Größe des durch das Werkzeug abgenom menen Spans und entsprechend den Belastungsdruck zu verrin gern, um letzteren unter den vorgewählten Grenzwert zurück zubringen.

Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 138 wird seiner seits an eine Tiefenvorschubpotentiometer-Antriebssteuer schaltung 140 angelegt, die einen Motor 142 steuert, wel chem ein Tachometer 144 zur Geschwindigkeitsrückführung zu der Steuerschaltung 140 zugeordnet ist.

Der Motor 142 treibt die Schleifer von Positionsrückführungs potentiometern 168 und 169 an. Das Ausgangssignal des Potentiometers 169 wird an eine Tiefenvorschubsteuerschal tung 214 angelegt, die einen Tiefenvorschubmotor 216 betätigt.

Claims

1. Hydraulich angetriebene Zahnradwälzstoßmaschine mit einer Werkzeugspindel, die durch eine Zylinder-Kolben-Einheit mit je einem Druckmittelraum für den Arbeitshub und für den Rückhub axial hin- und herbewegbar ist, sowie mit einem Vorschubsystem für den Wälzvorschub und für den Tiefenvorschub, gekennzeichnet durch eine Schnittkraftbegrenzungssteuerung mit folgenden Merkmalen:

a) einen Druckfühler (32) zur Erfassung des Belastungs drucks in einem Druckraum (8) für den Arbeitshub, und zur Erzeugung eines Belastungssignal P _L, das zur je weiligen Schnittkraft proportional ist,
b) eine Schaltung (66) zum Erzeugen eines Grenzwertsignals F _M, welches der durch das Werkzeug auf das Werkstück maximal aufzubringenden Schnittkraft entspricht,
c) eine Subtrahierschaltung (68) zum Vergleichen des Bela stungssignals P _L und des Schnittkraftgrenzwertsignals F _M, die ein Signal E erzeugt, wenn P _L größer ist als F _M,
d) eine Teilerschaltung (71), die bei Anwesenheit des Signals E durch Verknüpfung mit einem Vorschubsignal S _F ein Überlastungssignal E _L erzeugt, das an die Wälz- und Tiefenvorschubsysteme (C, D) weitergegeben wird, um entweder einen oder beide Vorschubgeschwindigkeiten zu reduzieren, wobei die tatsächliche Schnittkraft auf einen Wert unter den in der Schaltung (66) eingestellten Grenzwert verringert wird.

2. Zahnradwälzstoßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des Überlastungssignals E _L ein Wälzvorschubsignal (104) in einer Subtrahierschaltung (76) um den Wert E _L verkleinert wird und daß das verkleinerte Ausgangssignal der Subtrahierschaltung (76) an die Wälzvor schubsteuerung (110) geführt wird, um die Drehvorschubge schwindigkeit zu verringern.

3. Zahnradwälzstoßmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Auftreten des Überlastungssignals E _L ein Tiefenvorschubsignal von einer Summierschaltung (136) durch eine Subtrahierschaltung (138) um den Wert E _L verkleinert wird und daß das verkleinerte Ausgangssignal der Subtrahier schaltung (138) an die Tiefenvorschubsteuerungen (140, 214) gegeben wird, um die Tiefenvorschubgeschwindigkeit zu verringern.