DE29913630U1

DE29913630U1 - Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine

Info

Publication number: DE29913630U1
Application number: DE29913630U
Authority: DE
Original assignee: HOFMANN MESS und AUSWUCHTTECHN
Current assignee: HOFMANN MESS und AUSWUCHTTECHN
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2009-08-06

Description

Gebrauchsmusteranmeldung DE

Anmelder: Hofmann Meß-und Auswuchttechnik GmbH

Unser Zeichen: 75 840 DE (KI/GE)

Titel: Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug

oder Wuchtmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeugoder Wuchtmaschine mit einer Antriebsspindel, einer Werkstückaufnahmeeinrichtung und einer Wuchteinheit, in der zwei Gegengewichtrotoren verstellbar gelagert sind, wobei ein Unwuchtvektor von Kraft- bzw. Positions-Sensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, daß der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht.

Aus der US-A-5,757 662 ist eine elektromagnetisch betätigte Kompensationseinrichrung der oben genannten Art bekannt, die nach dem Prinzip eines Elektromotors funktioniert. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl am Umfang von Wuchtringen angeordnete Magnetkreise auf, die teilweise von den Wuchtringen und teilweise von Polplatten und einer Steuereinheit gebildet werden, mit der der Magnetfluß durch die Kreise selektiv unterbrochen werden kann, so daß die Wuchtringe in einer gewünschten Weise verstellt werden können, um eine etwaige Unwucht in dem Werkstück zu kompensieren. Insbesondere weist die bekannte Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung der Unwucht, eine Vielzahl beweglicher Wuchtringe, die jeweils erne Vielzahl am Umfang angeordnete Magnete aufweist, die eine entsprechende Anzahl von Magnetfeldern erzeugen, erne Vielzahl von Polplatten, die in Bezug auf die Wuchtringe stationär sind und die die zusammenwirkenden Wuchtringe trennen, wobei eine Vielzahl von Polplatten die Vielzahl von Magnetfeldern empfangt und die eine Steuerungseinrichtung zur Erzeugung ernes elektromagnetischen Feldes, welches die Magnetfelder der Permanentmagneten selektiv unterbricht, um den Wuchtring zu bewegen. Aufgrund der Permanentmagneten werden in dieser bekannten Vorrichtung die Wuchtringe an in deren eingestellter Lage sicher gehalten.

Ferner ist aus der DE 43 37 001 C2 eine Wuchtmaschine bekannt, bei der die Verstellung von Unwuchtmassen oder Wuchtringen bei laufendem Betrieb durchführbar ist. Diese Druckschrift betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten eines fest auf einer rotierenden Welle

angeordneten Rotors mit zwei über ihren Umfang eine ungleichförmige Massenverteilung aufweisenden Wuchtringen, die mit dem Rotor umlaufend axial nebeneinander gelagert sind, und mittels Stelleinrichtung berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind. Die Wuchtringe bilden die Läufer von Elektromotoren, die durch zugeordnete, als Feldwicklungen wirkende Magnetspulen solange verstellbar sind, bis der notwendige Massenausgleich erfolgt ist. Die Magnetspulen sind stationär an einem feststehenden Teil oder Gehäuse der Auswuchteinheit angeordnet. Die Magnetspulen liegen radial außerhalb der Wuchtringe in dem Gehäuse. Bei dieser Vorrichtung lassen sich die Wuchtringe bei laufender Maschine verstellen, so daß auftretende Unwuchten auch bei laufender Maschine wieder ausgeglichen werden können.

Die mathematische Erklärung für das Auswuchten von Wuchtkörpern mit Hilfe von Ausgleichsringen ist wie folgt. Die Auswuchteinheit mit den Ausgleichsringen, die an der Auswuchtspindel befestigt ist, dreht sich mit der Spindel mit, und die Ausgleichsringe bilden zwei Gegengewichtsrotoren, die unabhängig voneinander auf einer Kreisbahn relativ zu einem Referenzpunkt oder Signal positioniert werden können. Das Referenzsignal wird von der Antriebsspindel als Null-Signal abgegriffen. Jeder Gegengewichtsrotor beziehungsweise jeder Wuchtring besitzt eine genau definierte Unwucht. Werden die Wuchtringe unter einem bestimmten Winkel zueinander positioniert, ergibt sich durch die geometrische Addition der beiden Unwuchtvektoren ein resultierender Unwuchtvektor, dessen Größe und Lage durch Veränderung des relativen Winkels der Wuchtringe zueinander variiert werden kann. Bezugnehmend auf das folgende Vektordiagramm

'Res

9 9 · ·

ergibt sich folgende mathematische Berechnung:

U_res = V (U₁ ⁺Sm &agr;, + U₂*sina₂)² + (U,*cosa, + U₂*cosa₂)²

&bgr; = arctan

U,*sina, + U₂*sina₂

U₂*cosa₂

Daraus folgt, daß jede beliebige Unwuchtgröße unter jedem beliebigen Winkel innerhalb der Grenzen der Positionierauflösung und der maximal erreichbaren, resultierenden Unwucht erzeugt werden kann. Wenn die Unwuchten der Ausgleichsringe unter einem Winkel von 180° zu einander positioniert sind, sind die beiden Ausgleichsringe in der sogenannten neutralen Position, das heißt sie rufen keine resultierende Unwucht hervor.

In der Praxis wird die Unwuchtkompensation dadurch erschwert, daß ein zu wuchtendes System in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine nicht lineare Übertragungscharakteristiken aufweisen, die nicht ohne weiteres gemessen und daher auch nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Diese nicht linearen Übertragungscharakteristiken ergeben sich beispielsweise daraus, daß die Meßwerte bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen der Maschine unterschiedlich sind, daß ein Wuchtlauf auch einen Frequenzgang hat, daß die Maschine bei bestimmten Frequenzen Eigenschwingungen oder Resonanzen erzeugt, die das Meßergebnis für den Unwuchtvektor verfälschen sowie aus dem Steifigkeitsverhalten der Antriebswelle und ähnlichen Einflüssen. Daher ist es bei diesen komplexen Systemen nicht möglich, durch einen einfachen Kalibrierlauf eine Basis für eine exakte Messung des Unwuchtvektors zu schaffen.

Im Hinblick auf den oben diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgäbe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation bereitzustellen, bei der nichtlineare Übertragungscharakteristiken der Maschinen, die insbesondere von der Antriebsspindel herrühren, automatisch kompensiert werden.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis,

durch die die Ist-Position der Gegengewichtrotoren nach der Kompensation erfaßt wird, und durch eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Unwuchtvektors berechnet wird. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß nichtlineare Übertragungscharakteristiken an der Antriebsspindel automatisch kompensiert werden können.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ferner gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Gegengewichtrotoren nach der Kompensation erfaßt wird, und durch eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Original-Unwuchtvektors berechnet wird, und durch eine Differenzeinheit mit der die Differenz von dem Original-Unwuchtvektor, der in einem Kompensationslauf ohne Werkstück ermittelt wird, und dem Gesamt-Unwuchtvektor, der in einem Wuchtlauf mit Werkstück bestimmt wird, als auszuwuchtender Unwuchtvektor berechnet wird.

Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß nichtlineare Übertragungscharakteristiken an der Antriebsspindel beim Wuchtlauf mit Werkstück automatisch kompensiert werden, weil im Prinzip sowohl die Einflüsse der Werkzeug- oder Wuchtmaschine alleine als auch der Unwucht, die von dem Werkstück erzeugt wird, gemessen und kompensiert werden. Damit ist die Vorrichtung besonders geeignet, beispielsweise an Bearbeitungsspindeln in Werkzeugmaschinen (Drehfräsmaschinen) eingesetzt zu werden, um Unwuchten von Werkstücken zu erfassen und in der Maschine automatisch zu beseitigen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennezeichnet durch eine zweite Wuchteinheit, die an der Antriebsspindel der Maschine befestigt ist, um die Unwucht der Maschine ohne Werkstück zu kompensieren. Damit können eventuell vorhandene Unwuchten an rotierenden Spindelnsystemen ohne adaptiertes Werkstück in vorteilhafter Weise ebenfalls neutralisiert werden. Dadurch verbessert sich nicht nur die Genauigkeit beim Wuchten, sondern auch der Meßbereich beim Wuchten, da große Unwuchten an der Antriebsspindel ausgeglichen werden können, sodaß bei eigentlichen Wuchtlauf nur noch die Unwucht gemessen werden muß, die im Wesentlichen durch das Werkstück verursacht wird.. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung

beschrieben, die eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine zeigt.

Die Figur zeigt schematisch ein System, bestehend aus einer Antriebsspindel 2, einer Wuchteinheit 4, einer Werkstückaufnahmeeinheit 6 und einem Werkstück 8. Die Antriebsspindel 2 ist auf zwei Lagern 10, 12 drehbar gelagert. Ein Drehzahlsensor 14 dient dazu, den zu dem Unwuchtvektor gehörigen Phasenwinkel über die Drehzahl und die Position der Spindel zu erfassen. Eine Beschleunigungssensor 16 dient dazu, die Schwingungsamplitude des Unwuchtvektors zu messen, wobei die beiden Sensoren mit dem (nicht gezeigten) Spindelgehäuse der Maschine zusammenwirken.

Der Drehzahlsensor 14 und der Beschleunigungssensor 16 sind über Leitungen 18, 20 mit einem adaptiven Regelsystem 22 verbunden, in dem aus den Meßergebnissen an den Sensoren 14, 16 eine Stellgröße für die Verstellung der Gegengewichtrotoren in der Auswuchteinheit errechnet und über eine Leitung 24 direkt an Statorspulen 26 abgegeben werden, die Bestandteil der Wuchteinheit 4 sind.

Das adaptive Regelsystem 22 umfaßt einen digitalen Signalprozessor, der dazu geeignet ist, die gewünschten Übertragungscharakteristiken zu erfassen und entsprechende Steuersignale über die Leitung 24 an die Statorspulen 26 zu geben.

Funktionsweise und Aufbau der Wuchteinheit 4 sind aus den eingangs genannten Druckschriften DE 43 37 001 C2 beziehungsweise US-A-5,757,662 bekannt, wobei die Offenbarung dieser Druckschriften in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen wird. Derartige Auswuchtsysteme können in vorteilhafter Weise bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Die Position des einen Gegengewichtrotors beziehungsweise des anderen Gegengewichtsrotors können an den Ausgängen 28 beziehungsweise 30 abgegriffen werden, oder diese Angaben werden auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) angezeigt. Die Position der Gegengewichtsrotoren nach der Kompensation kann auf einfache Weise dadurch erfaßt werden, daß die von dem adaptiven Steuersystem abgegebenen Stellsignale in dem Steuersystem 22 gespeichert werden. Die Masse der Gegengewichtsrotoren wird über eine Eingabeinheit (nicht gezeigt) in das Steuersystem 22 eingegeben.

Mit dieser Vorrichtung kann derart gewuchtet werden, daß ein Kompensationslauf ohne Werkstück zur Bestimmung eines Original-Unwuchtvektors durchgeführt wird, daß die Ist-

Position der Gegengewichtsrotoren nach dem Kompensationslauf erfaßt wird, daß aus der Ist-Position der Gegengewichtsrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage des Original-Unwuchtvektors berechnet wird, daß ein Wuchtlauf mit Werkstück zur Bestimmung eines Gesamt-Unwuchtvektors durchgeführt wird, daß die Ist-Position der Gegengewichtsrotoren nach dem Wuchtlauf erfaßt wird, daß aus der Ist-Position der Gegengewichtsrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage des Gesamt-Unwuchtvektors berechnet wird, und daß das Werkstück entsprechend der Differenz der berechneten Original- und Gesamt-Unwuchtvektoren gewuchtet wird. Über die Ist-Positionserfassung der beiden verstellten Gegengewichtsrotoren und deren bekannte Kompensationsmassen läßt sich damit indirekt rechnerisch durch die Lage und die Größe der Unwucht des Werkstückes bestimmen.

Claims

1. Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine mit einer Antriebsspindel, einer Werkstückaufnahmeeinrichtung und einer Wuchteinheit, in der zwei Gegengewichtrotoren verstellbar gelagert sind, wobei ein Unwuchtvektor von Kraft- bzw. Positions-Sensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, daß der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird, gekennzeichnet durch

1. eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist- Position der Gegengewichtrotoren nach der Kompensation erfaßt wird, und durch

2. eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Unwuchtvektors berechnet wird.

2. Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine mit einer Antriebsspindel, einer Werkstückaufnahmeeinrichtung und einer Wuchteinheit, in der zwei Gegengewichtrotoren verstellbar gelagert sind, wobei ein Unwuchtvektor von Kraft- bzw. Positions-Sensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, daß der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird, gekennzeichnet durch

1. eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist- Position der Gegengewichtrotoren nach der Kompensation erfaßt wird, durch

2. eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren und deren bekannter Masse die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Original-Unwuchtvektors berechnet wird, und durch

3. eine Differenzeinheit mit der die Differenz von dem Original-Unwuchtvektor, der in einem Kompensationslauf ohne Werkstück ermittelt wird, und dem Gesamt-Unwuchtvektor, der in einem Wuchtlauf mit Werkstück bestimmt wird, als auszuwuchtender Unwuchtvektor berechnet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Wuchteinheit, die an der Antriebsspindel der Maschine befestigt ist, um die Unwucht der Maschine ohne Werkstück zu kompensieren.