DE3023413A1 - Regulation of machine tool workpiece clamp force - using coded sensors to determine diameter that in turn controls pressure applied in hydraulic clamping system - Google Patents

Regulation of machine tool workpiece clamp force - using coded sensors to determine diameter that in turn controls pressure applied in hydraulic clamping system

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DE3023413A1 DE19803023413 DE3023413A DE3023413A1 DE 3023413 A1 DE3023413 A1 DE 3023413A1 DE 19803023413 DE19803023413 DE 19803023413 DE 3023413 A DE3023413 A DE 3023413A DE 3023413 A1 DE3023413 A1 DE 3023413A1
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Abstract

A control system is fitted to a workpiece holder such as a lathe chuck to ensure that a predetermined clamping force is not exceeded. For a lathe chuck (1) the clamping force is provided by a double acting hydraulic actuator (3) that receives flow from a 4/2 directional valve (7). Pressure regulation and hence clamping force, is provided by a regulator controlled (10) by a monitoring unit (9). A code generator outputs signals that are indicative of the workpiece diameter. The code is decoded to control switches to operate the pressure regulating stage.

Description

Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung desDevice for monitoring and / or regulating the

Spanndrucks eines kraftbetätigten Werkstück-Spannfutters Die Erfindung betrifft eine Vorrichtungg wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.Clamping pressure of a power operated workpiece chuck The invention relates to a device as specified in the preamble of claim 1 is.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 46 337 ist ein Werkstückhalter bekannt, in dessen Spannbacken Detektoren zur Messung der auf das Werkstück wirkenden Spannkraft angebracht sind. Mit diesen Detektoren kann einmal überwacht werden, ob der Spanndruck ausreichend groß ist, so daß keine Gefahr besteht daß das Werkstück bei seiner Bearbeitung aus dem Spannfutter gerissen wird. Weiterhin ist in dieser DE-OS beschriev ben, daß die Signale der Detektoren auch zu einer Regelung und Veränderung des auf das Werkstück wirkenden Spanndrucks eingesetzt werden kann, indem das Signal der Detektoren einem entsprechenden Servo-Mechanis- mus zugeführt wird, der die Einspannkraft nachreoelt.A workpiece holder is disclosed in German Offenlegungsschrift 28 46 337 known, in the jaws detectors for measuring the acting on the workpiece Clamping force are attached. These detectors can be used to monitor once whether the clamping pressure is sufficiently great that there is no risk of the workpiece is torn from the chuck during machining. Furthermore is in this DE-OS beschriev ben that the signals from the detectors also lead to regulation and change of the clamping pressure acting on the workpiece can be used by the signal of the detectors to a corresponding servo mechanism mus fed that reoils the clamping force.

Die Tatsache, daß die Detektoren direkt an den Spannbacken angebracht sind, erweist sich insbesondere bei Drehmaschinen als nachteilig. Bei Drehmaschinen müssen die Signale der Detektoren entweder über entsprechende Schleifringkontakte nach außen geführt werden, oder aber es müssen in dem jeweiligen Spannfutter noch Vorrichtungen untergebracht werden, die eine drahtlose Übermittlung der Signalwerte dieser Detektoren zu der Regelschaltung erlauben. Weiterhin hat die Meßwertaufnahme in einer Spannbacke den Nachteil, daß jeder verwendete Spannbackensatz solche Detektoren enthalten muß, was die Spannfutter bzw. die Spannbacken erheblich verteuert.The fact that the detectors are attached directly to the jaws are, proves to be disadvantageous, especially in the case of lathes. With lathes the signals from the detectors must either be via appropriate slip ring contacts to the outside, or it must still be in the respective chuck Devices are accommodated, which a wireless transmission of the signal values allow these detectors to the control circuit. Furthermore has the measurement value recording in a clamping jaw the disadvantage that each set of clamping jaws used such detectors must contain what makes the chuck or the jaws considerably more expensive.

Aufgabe der Erfindung ist dementsprechend, eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung des Spanndrucks eines kraftbetätigten Werkstück-Spannfutters anzugeben, bei der die Zahl der Detektoren oder Kraftmeßeinrichtungen gering ist und mit der ohne besonderen Aufwand auch bei einer Drehmaschine der Spanndruck geregelt werden kann.The object of the invention is accordingly to provide a device for monitoring and / or control of the clamping pressure of a power-operated workpiece chuck, in which the number of detectors or force measuring devices is small and with the The clamping pressure can be regulated without any special effort, even with a lathe can.

Diese Aufgabe wird mit einer im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß' nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.This task is achieved with one of the preamble of claim 1 specified device solved, according to the invention 'after the in the characterizing Part of claim 1 specified manner is designed.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß die von der Kraftübertr agungs einri Ohtung in das #rk stück-#panfutter die tragene Kraft, mit denen die Spannbacken betätigt wer- den, ein Maß für die von den Spannbacken auf das Werkstück ausgeübten Kräfte ist und daß das Verhältnis der Kraft der Kraftübertragungseinrichtung zu der durch die Spannbacken auf das Werkstück ausgeübten Kraft für jedes Werkstück-Spannfutter bekannt ist und deshalb die Kraft der Kraftübertragungseinrichtung als Parameter für eine automatische Regeleinrichtung verwendet werden kann. Dieser Umstand wird von der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgenutzt, indem die Kraftmeßeinrichtung außerhalb eines sich drehenden Spannfutters untergebracht werden kann. Damit ist die Übertragung und Weiterverarbeitung des Signals dieser Kraftmeßeinrichtung wesentlich vereinfacht.The invention is based on the idea that the power transmission from the action in the #rk piece- # panfutter the carrying force with which the Jaws are operated den, a measure of that of the jaws forces exerted on the workpiece and that the ratio of the force of the power transmission device the force exerted on the workpiece by the jaws for each workpiece chuck is known and therefore the force of the power transmission device as a parameter can be used for an automatic control device. This fact will exploited by the invention in an advantageous manner by the force measuring device can be housed outside of a rotating chuck. So is the transmission and further processing of the signal from this force measuring device is essential simplified.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung berücksichtigt den Umstand, daß bei einem Wechsel des Werkstück-Spannfutters bei gleichbleibender Kraftwirkung der Kraftübertragungseinrichtung die von den Spannbacken auf das Werkstück ausgeübte Kraftwirkung sich im allgemeinen ändert, da die veränderte Konstruktion des Spannfutters die Beziehung zwischen der an der Kraftübertragungseinrichtung wirkenden Kraft und der von den Spannbacken ausgeübten Kraft sich ebenfalls verändert.An advantageous further development of the invention takes into account the The fact that when changing the workpiece chuck with the same force the force transmission device exerted by the clamping jaws on the workpiece Force action generally changes as the design of the chuck changes the relationship between the force acting on the power transmission device and the force exerted by the jaws also changes.

Diese Veränderung wird automatisch berücksichtigt, indem an dem Werkstück-Spannfutter ein Codegeber angebracht ist, der auf einen Code-Aufnehmer wirkt. Das Signal des Code-Aufnehmers wird in einem Decoder der Steuerschaltung erfaßt und bewirkt eine Änderung der Regelcharakteristik der Steuerschaltung.This change is automatically taken into account by adjusting the workpiece chuck a code transmitter is attached, which acts on a code pickup. The signal of the Code pickup is detected in a decoder of the control circuit and causes a Change in the control characteristics of the control circuit.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt, daß trotz einer automatischen Steuerung des Spanndrucks es wünschenswert sein kann, während des Bearbeitungsvorgangs von Hand den Spanndruck zu erhöhen oder zu erniedrigen. Dementsprechend ist vorgesehen, daß die Steuerschaltung oder die Kraftquelle eine manuell betätigbare Korrektureinrichtung aufweisen, über die der Spanndruck veränderbar ist.Another advantageous embodiment of the invention takes into account, that in spite of an automatic control of the clamping pressure it may be desirable to increase or decrease the clamping pressure by hand during the machining process. Accordingly, it is provided that that the control circuit or the Power source have a manually operable correction device via which the Clamping pressure is changeable.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert. Es zeigen: die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Werkstück-Spann futters mit einer Steuerschaltung für den Spanndruck, die Fig. 2 eine nähere Ausgestaltung der Steuerschaltung, die Fig. 3 ein weiteres Beispiel einer Steuerschaltung.In the following, the invention will now be illustrated with reference to the figures Embodiments described and explained in more detail. They show: FIG. 1 a schematic representation of a workpiece chuck with a control circuit for the clamping pressure, FIG. 2 shows a more detailed configuration of the control circuit, the 3 shows another example of a control circuit.

Das Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 stellt eine hydraulisch betätigte Spanneinrichtung einer Drehmaschine dar. Das Spannfutter 1 ist über eine Zugstange 2 mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders 3 verbunden, der über eine Drehdurchführung 4 mit dem Druckmittel versorgt wird. Das Druckmittel wird von einer Pumpe 5 über eine Hydraulikleitung 16 geliefert. Zwischen der Pumpe 5 und dem Hydraulikzylinder 3 sind eine Druckregeleinrichtung, z. B. ein Regelventil 6 angebracht.The embodiment of Figure 1 represents a hydraulically operated Clamping device of a lathe. The chuck 1 is via a pull rod 2 connected to the piston of a hydraulic cylinder 3, which via a rotary leadthrough 4 is supplied with the pressure medium. The pressure medium is supplied by a pump 5 a hydraulic line 16 is supplied. Between the pump 5 and the hydraulic cylinder 3 are a pressure control device, e.g. B. a control valve 6 is attached.

Ferner kann ein Umschaltventil 7 für Innen- und Außenspannen vorhanden sein. An den Hydraulikleitungen 16 sind Druckmeßgeräte 8 angeordnet. Diese Druckmeßgeräte 8 liefern ihre Signale zu einer Steuerschaltung 9, die nach Maßgabe dieser Signale ein Ausgangssignal 10 an das Druckregelventil 6 liefert. Das Signal der Druckneßgeräte 8 wird in einem Anzeigegerät 11 sichtbar gemacht. Ferner kann eine Einrichtung 13 für manuelle Be- tätigung der Steuerschaltung 9 vorgesehen sein, durch die ebenfalls das Ausgangssignal 10 und damit das Druckregelventil 6 beeinflußt wird.Furthermore, a switching valve 7 for internal and external spans can be provided be. Pressure gauges 8 are arranged on the hydraulic lines 16. These pressure gauges 8 deliver their signals to a control circuit 9, which in accordance with these signals supplies an output signal 10 to the pressure regulating valve 6. The signal from the pressure gauges 8 is made visible in a display device 11. Furthermore, a device 13 for manual loading operation of the control circuit 9 be provided, which also influences the output signal 10 and thus the pressure control valve 6 will.

An dem Spannfutter 1 ist ein Code-Geber 17 angebracht, der auf einen Code-Aufnehmer 12 wirkt. Der Code-Geber 17 kann beispielsweise eine Anordnung von Ringen unterschiedlichen Durchmessers sein, die an dem Spannfutter befestigt sind. Durch die jeweilige Reihenfolge der Ringe unterschiedlichen Durchmessers oder auch ihrer Abstände wird das einzelne Spannfutter charakterisiert.On the chuck 1, a code transmitter 17 is attached to a Code pickup 12 acts. The code transmitter 17 can, for example, be an arrangement of Rings of different diameters attached to the chuck. By the respective order of the rings of different diameters or else The individual chuck is characterized by their spacing.

Diese Ringe werden von entsprechenden Fühlern des Code-Aufnehmers 12 abgetastet. Diese Fühler können mit entsprechenden Mikroschaltern verbunden sein, so daß ein elektrisches Ausgangssignal des Code-Aufnehmers 12 erzielt wird. Code-Geber und Code-Aufnehmer können auch berührungsfrei arbeiten, wenn sie mit optoelektronischen Bauelementen arbeiten.These rings are controlled by the corresponding sensors on the code pickup 12 scanned. These sensors can be connected to appropriate microswitches, so that an electrical output signal of the code pickup 12 is obtained. Code encoder and code pickups can also work without contact if they are with optoelectronic Components work.

In der Figur 2 ist näher dargestellt, wie bei Vorhandensein von einem Code-Geber und einem Code-Aufnehmer die Charakteristik der Steuerschaltung 9 an das jeweilige Spannfutter angepaßt werden kann. Hierzu sind in der Steuerschaltung 9 einzelne Schaltkreise 20 vorhanden, die beispielsweise in einer Regelschleife eines Regelkreises 19 hineingeschaltet werden können. Das Hinein-oder Heraus schalten erfolgt mit entsprechenden Auswahlschaltern 21.In the figure 2 is shown in more detail, as in the presence of one Code transmitter and a code pickup the characteristics of the control circuit 9 the respective chuck can be adapted. These are in the control circuit 9 individual circuits 20 are available, for example in a control loop a control circuit 19 can be switched in. Switching in or out takes place with the corresponding selection switches 21.

Zur Auswahl des dem jeweiligen Spannfutter entsprechenden Schaltkreises 20 wird das Ausgangssignal des Code-Aufnehmers 12 an einen Decodierer 18 der Regelschaltung 9 geliefert. Dieser Decodierer 18 betätigt den entsprechenden Schalter 21, so daß in der Regelschleife des Regelkreises 19 gerade der dem eingesetzten Spannfutter entsprechende Regelkreis geschaltet ist. Beim Betrieb wird von dem Druckmeßgerät 8 ein Signal an den Regelkreis 19 geliefert, der entsprechend diesem Signal sein Ausgangssignal 10 verändert. Dieses Ausgangssignal 10 ist an den entsprechenden Steuereingang 14 des Druckregelventils 6 gelegt.To select the circuit that corresponds to the respective chuck 20 is the output signal of the code pickup 12 to a decoder 18 of the control circuit 9 delivered. This decoder 18 operates the corresponding switch 21, so that in the control loop of the Control loop 19 just the one used Chuck corresponding control circuit is switched. During operation, the pressure gauge 8 a signal is supplied to the control circuit 19, which should be in accordance with this signal Output signal 10 changed. This output signal 10 is at the corresponding Control input 14 of the pressure control valve 6 placed.

Die Steuerschaltung 9 kann auch so ausgelegt sein, daß sie numerisch steuerbar ist. Das entsprechende Steuerprogramm wird über einen Eingang 26 dem Regelkreis eingegeben.The control circuit 9 can also be designed so that it is numerical is controllable. The corresponding control program is sent to the control loop via an input 26 entered.

Weiterhin ist in Figur 2 eine Einrichtung 13 vorhanden, deren Ausgangssignal ebenfalls auf den Regelkreis 19 wirkt. Hierdurch ist eine manuelle Veränderung des Spanndrucks möglich.Furthermore, a device 13 is present in Figure 2, the output signal also acts on the control circuit 19. This means that manual changes to the Clamping pressure possible.

In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Regelschaltung 9 dargestellt. Sie weist in diesem Falle einen Lesespeicher 22 auf. Das Signal des Code-Aufnehmers 12 wird auf die Adressenleitung 23 gegeben und dem Adressregister und Decoder 24 zugeführt. Vom Datenausgaberegister 25 werden die Daten einer entsprechenden Regelschaltung 19 zugeführt. Diese Regelschaltung 19 nimmt weiter als Signal das Ausgangssignal des Druckmeßgerätes 8 auf und liefert ein Ausgangssignal 10, mit dem nach Maßgabe des jeweils ausgewählten Spannfutters der entsprechende Spanndruck über den Druckregler 6 eingestellt wird.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for a control circuit 9 shown. In this case, it has a read-only memory 22. The signal of the Code pickup 12 is placed on the address line 23 and the address register and decoder 24 supplied. From the data output register 25, the data of a corresponding Control circuit 19 supplied. This control circuit 19 takes further as a signal that Output signal of the pressure gauge 8 and provides an output signal 10, with the corresponding clamping pressure depending on the selected chuck is set via the pressure regulator 6.

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Claims (7)

ANSPRÜCHE fT /1.)Vorrichtung zur automatischen Einstellung und Überwachung des Spanndrucks eines kraftbetätigten Werkstück~ spannfutters (1) an numerisch gesteuerten Werkzeugma schinen, das von einer steuerbaren Kraftquelle (5) über eine Kraftübertragungseinrichtung (2, 3, 4, 16) betätigbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (9), die mit ihrem Ausgang an den Steuereingang der Kraftquelle (5) und mit einem Eingang an eine an der Kraftübertragungseinrichtung außerhalb des Spannfutters angeordnete Kraftmeßeinrichtung angeschlossen ist und der über einen zweiten Eingang die im Werkstückbearbeitungsprogramm niedergelegten Einstellwerte für die Einspannkraft des jeweils verwendeten Spannfutters von der numenschen Steuerung der Werkzeugmaschine vorgebbar sind. CLAIMS fT / 1.) Device for automatic setting and monitoring the clamping pressure of a power-operated workpiece chuck (1) to numerically controlled Werkzeugma machines from a controllable power source (5) via a power transmission device (2, 3, 4, 16) can be actuated, characterized by a control circuit (9) which with its output to the control input of the power source (5) and with an input to one arranged on the power transmission device outside the chuck Force measuring device is connected and the im Set values for the clamping force laid down in the workpiece machining program of the chuck used in each case from the numerical control of the machine tool are specifiable. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung (2, 3, 4 16) eine Hydraulikleitung (16) umfasst, daß die Kraftmeßeinrichtung ein an der Hydraulikleitung (16) angeschlossener Druckmesser (8) ist und daß die Kraftquelle (5) einen Druckregler (6) aufweist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the force transmission device (2, 3, 4 16) comprises a hydraulic line (16) that the force measuring device on the hydraulic line (16) connected pressure gauge (8) and that the power source (5) has a pressure regulator (6). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen am Spannfutter (1) angebrachten Code-Geber (17) und einen vom Code-Geber betätigten Code-Aufnehmer (12), dessen Signalausgang an einen Decodierer der Steuerschaltung (9) gelegt ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a Code encoder (17) attached to the chuck (1) and one operated by the code encoder Code pick-up (12), the signal output of which is sent to a decoder of the control circuit (9) is laid. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuercharakteristik der Steuerschaltung (9) nach Maßgabe des Ausgangssignals des Code-Aufnehmers (12) veränderbar ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the control characteristic the control circuit (9) according to the output signal of the code pickup (12) is changeable. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (9) Schaltkreise (20) aufweist, welche über Auswahlschalter (21) nach Maßgabe des Ausgangssignals des Code-Aufnehmers (12) einem Regelkreis (19) der Steuerschaltung (9) zu-oder weggeschaltet werden.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the control circuit (9) has circuits (20), which via selection switch (21) according to the Output signal of the code pickup (12) to a control circuit (19) of the control circuit (9) can be switched on or off. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Lesespeicher (22) aufweist und daß der Code-Aufnehmer (12) an die Adressenleitung (23) geschaltet ist.6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the control circuit a read-only memory (22) and that the code pickup (12) is connected to the address line (23) is switched. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (9) oder die Regeleinrichtung (6) der Kraftquelle eine manuell betätigbare Korrektureinrichtung (13) aufweisen.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the control circuit (9) or the regulating device (6) of the power source is a manual have actuatable correction device (13).
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