-
Steuereinrichtung für eine Maschine zum Fräsen
-
oder Schleifen von Kurbelwellen
Steuereinrichtung
für eine Maschine zum Fräsen oder Schleifen von Kurbelwellen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Steuereinrichtung für eine Maschine zum Fräsen oder Schleifen von
Kurbelwellen mit einem Drehantrieb für die Kurbelwelle und einem quer zur Kurbelwellenachse
verfahrbaren Werkzeugschlitten, dessen Antrieb über eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit
vom Drehwinkel der Kurbelwelle steuerbar ist.
-
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird die Regeleinrichtung
für den Verschiebeantrieb des Werkzeugschlittens über einen Speicher angesteuert,
in dem die den einzelnen Drehwinkeln der Kurbelwelle zugeordneten Verschiebewege
des Werkzeugschlittens abgespeichert sind, so daß über diese Führungsgrößen für
die Regeleinrichtung der Werkzeugschlitten das Werkzeug im Zusammenwirken mit der
Werkstückdrehung konturbildend führt. Nachteilig bei dieser bekannten Steuereinrichtung
ist zunächst, daß die vom Werkzeug und vom Werkstück abhängigen Daten für den Verschiebeweg
des Werkzeugschlittens ausgerechnet und abgespeichert werden müssen. Entscheidend
ist aber, daß sich Unregelmäßigkeiten bei der Kurbeiwellendrehung unmittelbar auf
den Werkzeugschlittenantrieb auswirken, weil der Drehwinkel über einen Impulsgenerator
od.dgl. von der Kurbelwelle abgeleitet wird. Die beim Fräsen von Kurbelwellen unvermeidlichen
Vibrationen und Drehschwingungen werden
daher auf den Antrieb für
den Werkzeugschlitten übertragen, was selbstverständlich zu einer Verstärkung dieser
Schwingungen führen kann. Auf Grund dieser gleichsam starren Koppelung zwischen
dem Drehantrieb für die Kurbelwelle und dem Verschiebeantrieb für den Werkzeugschlitten
wird folglich auch eine bestimmte Toleranzgrenze bei der Bearbeitung der Kurbelwellen
nicht unterschritten werden können.
-
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung
für eine Maschine zum Fräsen oder Schleifen von Kurbelwellen der eingangs geschilderten
Art so zu verbessern, daß einerseits die unvermeidbaren, werkzeugbedingten Schwingungen
der Kurbelwelle keinen Einfluß auf die Steuerung des Werkzeugschlittens haben und
anderseits die Anpassung der Maschine an verschiedene Werkstücke und Werkzeuge durch
das Vorgeben von für diese Unterschiede charakteristischen Daten erfolgen kann.
-
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Drehantrieb
für die Kurbelwelle eine eigene Regeleinrichtung aufweist, daß die beiden Regeleinrichtungen
über einen gemeinsamen Linearinterpolator ansteuerbar sind und daß der Linearinterpolator
mit einem die für eine Linearisierung der Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel und
dem Verschiebeweg des Werkzeugschlittens erforderlichen Umschaltpunkte und Kenngrößen
für den Linearinterpolator aus den eingegebenen Werkstück- und Werkzeugdaten ermittelnden
Antriebsrechner verbunden ist.
-
Da auf Grund dieser Maßnahmen den Regeleinrichtungen für den Drehantrieb
der Kurbelwelle und den Verschiebeantrieb für den Werkzeugschlitten gesondert über
den Interpolator eine Führungsgröße vorgegeben wird, können sich Unregelmäßigkeiten
des einen Antriebs nicht auf den anderen Antrieb auswirken, weil eben die Istwerte
des
einen Antriebes nicht zur Steuerung des anderen Antriebes herangezogen werden. Der
an einen Antriebsrechner angeschlossene Linearinterpolator steuert die beiden Regeleinrichtungen
entsprechend den vom Antriebsrechner ermittelten Umschaltpunkten an, so daß die
durch die geometrische Form des zu bearbeitenden Kurbelwellenabschnittes bestimmte
Abhängigkeit zwischen dem Schlittenantrieb und dem Drehantrieb für die Kurbelwelle
gewahrt bleibt. Dabei wird die nicht lineare Abhängigkeit zwischen dem Verdrehwinkel
der Kurbelwelle und dem Verschiebeweg des Schlittens linear nachgebildet, wobei
die für einen vorgegebenen Toleranzbereich erforderlichen Umschaltpunkte mit den
sich dabei ändernden Proportionalitätsverhältnissen vom Antriebsrechner bereitgestellt
werden, der diese Umschaltpunkte und Abhängigkeitsverhältnisse nach einem festgelegten
Programm aus den eingegebenen Werkstück- und Werkzeugdaten errechnet.
-
Um den Aufwand für einen eigenen Linearinterpolator, der zur Erzielung
einer gewünschten Bearbeitungsgeschwindigkeit entsprechend getaktet werden muß,
zu vermeiden, können in weiterer Ausbildung der Erfindung der Antriebsrechner und
der Linearinterpolator durch einen in seinem Programm festgelegten und zufolge dieses
Programms Steuerimpulse und Antriebsrichtungssignale in einer programmbedingten
Taktfrequenz abgebenden Zentralrechner gebildet sein. Da von diesem Zentralrechner
keine Rechenergebnisse, sondern bereits Steuerimpulse erhalten werden, können die
aufwendigen und nicht verstellbaren Interpolatoren vermieden werden.
-
Wesentlich für die Funktion eines solchen Zentralrechners als Steuergerät
ist jedoch, daß die Ausgabe der Steuerimpulse nicht mit der von der Rechengeschwindigkeit
abhängigen Frequenz erfolgt. Die Taktfrequenz für die
Steuerimpulsausgabe
muß vielmehr vorgegeben werden, wobei sich der Rechner auf Grund seines Programms
die erforderliche Frequenz aus mehreren, die einzelnen Antriebsgeschwindigkeiten
bestimmenden, vorgegebenen Frequenzen selbst auswählt.
-
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.
Es zeigen Fig.1 eine Fräsmaschine der erfindungsgemäßen Art in Draufsicht, Fig.2
den Werkzeugschlitten dieser Maschine in schematischer Seitenansicht, Fig.3 die
erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Maschine nach den Fig.1 und 2 im Blockschaltbild,
Fig.4 eine gegenüber der Ansteuerung der beiden Regeleinrichtungen für den Kurbelwellenantrieb
und den Antrieb des Werkzeugschlittens abgewandelte Ansteuerung im Blockschaltbild
und Fig.# eine der beiden Regeleinrichtungen, ebenfalls im Blockschaltbild.
-
Die in Fig.1 dargestellte Maschine zum Fräsen von Kurbelwellen besteht
im wesentlichen aus einem Gestell 1 mit endseitigen Böcken 2 und 3, in denen die
Aufnahmen 4 und 5 für die zu bearbeitende Kurbelwelle 6 antreibbar gelagert sind.
Zu diesem Zweck ist ein Motor 7 vorgesehen, der über ein Getriebe 8 eine Hauptantriebswelle
9 antreibt, von der der Antrieb für die Werkstückaufnahmen 5 über je ein Schneckengetriebe
10 abgeleitet wird. Auf den achsparallel zur Kurbelwelle 6 verlaufenden Schienen
11 des Gestells 1 ist ein Führungsschlitten 12 verschiebbar gelagert, der wiederum
einen Werkzeugschlitten 13 trägt. Dieser Werkzeugschlitten 13 ist auf Führungaschienen
14 des Schlittens 12 mittels eines Motors 15 und eines Spindeltriebes 15a quer zur
Kurbelwellenachse verfahrbar. Durch eine entsprechende Steuerung des Verschiebeweges
des Schlittens 13 kann
daher im Zusammenwirken mit der Drehung der
Kurbelwelle 6 das umlaufende Fräswerkzeug 16 konturbildend beispielsweise um einen
Kurbelzapfen geführt werden.
-
Gemäß Fig.3 werden die Motoren 7 und 15 durch gesonderte Regeleinrichtungen
17 und 18 angesteuert, denen ein Zentralrechner 19 vorgeordnet ist. Aus den über
eine Dateneingabe 20 eingelesenen Werkstück- und Werkzeugdaten ermittelt der Zentralrechner
19 gemäß seinem festgelegten Programm die für eine lineare Angleichung an die nicht
lineare Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle 6 und dem Verschiebeweg
des Werkzeugschlittens 13 notwendigen Umschaltpunkte mit den sich dabei ändernden
Abhängigkeitsverhältnissen und speichert sie. Gemäß diesen errechneten Werten gibt
der Zentralrechner 19 in dem für das konturbildende Umfahren des Werkstückes notwendigen
Verhältnis Steuerimpulse als Führungsgrößen für die Regeleinrichtungen 17 und 18
ab, wobei sich der Zentralrechner 19 eine Ausgabefrequenz für die Steuerimpulse
entsprechend der Geschwindigkeitsvorgabe 21 nach seinem Programm auswählt. Diese
Steuerimpulse werden nicht nur den Regeleinrichtungen 17 und 18, sondern auch Jeweils
einem Frequenzspannungswandler 22 und 23 zugeführt, der eine entsprechende Führungsspannung
für die Motorsteuerung 24 bzw. 25 abgibt. Die Motoren 7 und 15 werden daher in Abhängigkeit
von der erforderlichen Beziehung zwischen dem Kurbelwellendrehwinkel und dem Verschiebeweg
des Werkzeugschlittens 13 angesteuert. Die Antriebsbewegung wird über entsprechende
Istwertgeber 26 und 27, beispielsweise Impulsgeneratoren, den Regeleinrichtungen
17 und 18 zugeführt, wo sie mit dem Sollwert aus dem Zentralrechner 19 verglichen
werden. Bei einer auftretenden Abweichung wird das Differenzsignal über einen Digital-Analogwandler
28 bzw. 29 der Motorsteuerung 24 bzw. 25 als Korrekturspannung zugeführt. Eine Vergrößerung
der
Regelgenauigkeit kann durch einen Soll-Istwertvergleich der Motordrehzahlen erreicht
werden, wofür ein entsprechender Drehzahlgeber 30 und 31 an die Motoren 7 und 15
angeschlossen ist.
-
Nach Fig.4 wird die Ansteuerung der Regeleinrichtungen 17 und 18
bzw. der Motorsteuerung 24 und 25 von einem gesonderten Linearinterpolator 32 durchgeführt,
der mit den notwendigen Umschaltpunkten und den sich mit den Umschaltpunkten geänderten
linearen Beziehungen zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle 6 und dem Verschiebeweg
des Werkzeugschlittens 13 von einem Antriebsrechner 33 versorgt wird. Durch diesen
Antriebsrechner 33 wird für einen bestimmten Drehwinkelschritt der entsprechende
Verschiebeweg errechnet und aus diesen beiden Werten eine Verhältniszahl gebildet,
mit der der Interpolator beaufschlagt wird. Auf Grund dieser Verhältniszahl werden
die Steuerimpulse durch den Interpolator 32 in einem bestimmten Verhältnis zueinander
weitergegeben. Dadurch steht dem Antriebsrechner 33 bis zum Erreichen des nächsten
Umschaltpunktes Zeit für die Errechnung und Abspeicherung neuer Werte zur Verfügung.
-
ober die Geschwindigkeitsvorgabe 21 muß Jedoch der Interpolator 32
entsprechend getaktet werden, damit die gewünschte Arbeitsgeschwindigkeit eingehalten
werden kann.
-
In Fig.5 ist der grundsätzliche Aufbau der beiden Regeleinrichtungen
17 und 18 gezeigt. Die vom Zentralrechner 19 bzw. vom Interpolator 32 stammenden
Steuerimpulse werden einem Sollwertzähler 34 zugeführt, der an eine Soll-Istwertvergleichseinrichtung
35 angeschlossen ist. Der vom Istwertgeber 26 bzw. 27 der Regeleinrichtung 17 oder
18 zugeführte Istwert wird über eine Impuls- und Richtungsauswertung 36 einem Istwertzähler
37 zugeleitet, dessen Ausgang ebenfalls an die Soll-Istwertvergleichseinrichtung
35 angeschlossen ist. Beim Auftreten eines Differenzsignals an der Soll-Istwertvergleichseinrichtung
35 kann daher die Motorsteuerung
24 bzw. 25 entsprechend beeinflußt
werden. Dabei ist es auch möglich, für die Einhaltung eines bestimmten Toleranzbereiches
Sorge zu tragen. Zu diesem Zweck kann das Ausgangssignal der Soll-Istwertvergleichseinrichtung
einem Komparator 38 zugeleitet werden, in dem dieses Differenzsignal zwischen dem
Soll- und Istwert mit dem über eine Toleranzeingabe 39 vorgegebenen Toleranzwert
verglichen wird. Überschreitet die Soll-Istwertdifferenz trotz fortwährender Ausregelung
der beiden Antriebe die vorgegebene Toleranz, beispielsweise wegen zu träge reagierender
Antriebe oder mechanischer Hemmungen, so wird der Arbeitsablauf durch ein entsprechendes
Komparatorsignal unterbrochen und die Störung angezeigt.
-
Der Betrieb kann erst wieder aufgenommen werden, nachdem die Störungsursache
beseitigt worden ist.
-
L e e r s e i t e