DE3428861C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Mehrspindel-Drehautomat mit
einer mittels eines Spindeltrommelantriebs bezüglich eines
feststehenden Maschinenrahmens schrittweise in eine der Anzahl
der Arbeitsspindeln entsprechende Anzahl von Schaltstellungen
fortschaltbaren Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln
drehbar gelagert sind, mit jeweils einem individuell
steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit
Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen,
die Bestandteil von Drehzahlregeleinrichtungen
für die Elektromotoren sind.
Aus der DE-Z ZwF 76 (1981) 1 S. 24 bis 27 ist
ein Mehrspindel-Drehautomat der eingangs angegebenen Gattung
bekannt, bei dem die einzelnen Arbeitsspindeln jeweils
einen Winkel mit der Drehachse einer nach Art eines
Spindelkopfes ausgebildeten Spindeltrommel einschließen,
wobei jeder Arbeitsspindel ein am Maschinenrahmen befestigter
individuell steuerbarer Elektromotor zugeordnet
sein kann.
In der DE-OS 23 38 207 ist beschrieben, daß bei einem Mehrspindel-
Drehautomat der Antriebsmotor über eine axial verschiebbare
Kupplung mit der betreffenden Arbeitsspindel gekuppelt
und von dieser gelöst werden kann, oder direkt mit
der Spindel verbunden sein kann.
In der DE-OS 24 43 087 ist ein Mehrspindel-Drehautomat beschrieben,
bei welchem die Information über die Drehzahl
und Drehlage der Spindel dadurch erzeugt wird, daß einerseits
mittels einer Hallsonde das Erreichen einer Bezugsstellung
der Spindel ermittelt wird und andererseits über
einen Drehimpulserzeuger Impulse entsprechend einer Verdrehung
eines für die Spindeln gemeinsamen Antriebs ermittelt
werden. Durch den für alle Spindeln gemeinsamen
Antrieb, der über den Spindeln individuell zugeordneten
Kupplungen die Spindeln treibt, ist während der Fortschaltung
der Trommel keine Steuerung der Drehzahl der
Spindeln möglich. Darüberhinaus ist dieser Mehrspindel-
Drehautomat dadurch nachteilig, daß in den Kupplungen erhebliche
Reibungswärmeverluste auftreten, durch die der
Drehautomat unnötig aufgeheizt wird.
Der in der DE-OS 24 57 477 beschriebene Mehrspindel-Drehautomat
umfaßt ebenfalls eine schaltbare Spindeltrommel
mit in dieser angeordneten Spindeln, welche mittels eines
Getriebes und für jede Spindel vorgesehenen Kupplungen
durch einen gemeinsamen Antrieb angetrieben werden. Ferner
sind den einzelnen Spindeln auch noch Bremsen zugeordnet.
Zum Betätigen der Kupplungen und Bremsen ist ein elektrischer
Verteiler vorgesehen, welcher zwei zusammenwirkende
Teile umfaßt, von denen eines mit der Spindeltrommel drehbar
und das andere fest am Maschinenteil angeordnet ist.
Durch diesen elektrischen Verteiler wird bei jeder Weiterschaltung
der Spindeltrommel auch ein Weiterschalten der
Zuleitungen zu den einzelnen Kupplungen und Bremsen jeder
einzelnen Spindel durchgeführt, so daß die äußere Steuerung
stets die in der gleichen feststehenden Spindelstation
stehende Spindel steuert. Dieser Verteiler schaltet somit
selbst während des Weiterschaltens der Spindeltrommel um,
so daß neben der Tatsache, daß der Antrieb der einzelnen
Spindeln während des Weiterschaltens unterbrochen wird
auch die Verbindung zu den Bremsen und den Kupplungen der
einzelnen Spindeln während des Weiterschaltens unterbrochen
wird.
Generell ergeben sich bei den bekannten Mehrspindel-Drehautomaten
mit Kupplungseinrichtungen zwischen den Arbeitsspindeln
und den Antriebseinrichtungen beim Fortschalten
der Spindeltrommel wegen der damit verbundenen Drehzahländerungen
der Arbeitsspindel ungünstige Beschleunigungsmomente,
welche die Lebensdauer der Maschine verkürzen
und letztlich die Arbeitsgeschwindigkeit des Drehautomaten
einschränken.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Mehrspindel-Drehautomaten der
eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß
bei störungsfreiem Betrieb eine hohe Lebensdauer bei hoher
Arbeitsleistung und hoher Präzision erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Mehrspindel-Drehautomaten der
eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Drehautomaten
besteht darin, daß aufgrund der Tatsache, daß die Arbeitsspindeln
unmittelbar die Welle des zugehörigen Elektromotors
umfassen bzw. durch die Motorwelle gebildet sind, ein
sehr kompakter Aufbau der Spindeltrommelanordnung erreichbar
ist, so daß der Platzbedarf für den Drehautomaten insgesamt
gegenüber der eingangs erläuterten bekannten Konstruktion
reduziert wird. Gleichzeitig wird auch die Masse
der Spindeltrommelanordnung reduziert, so daß diese mit
höherer Geschwindigkeit fortgeschaltet werden kann. Weiterhin
wird durch die erfindungsgemäße Speisung der
Elektromotoren - beispielsweise über Bürstenanordnungen
oder Schleifringe - auch während der Trommelschaltungen eine
problemlose Energiezufuhr zu den Elektromotoren erreicht,
so daß die Drehzahl der Elektromotoren während der Schaltvorgänge
gesteuert, also erhöht oder verringert werden
kann. Dies bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich,
daß die für das Fortschreiten der Trommel benötigte Zeit
genutzt werden kann, um die erforderlichen Änderungen der
Drehzahl der einzelnen Arbeitsspindeln zu bewirken, so daß
diese die neue Schaltstellung der Trommel bereits mit der
in der neuen Schaltstellung gewünschten Drehzahl erreichen
können, wodurch letztlich mit den Spindeln nach einer
kurzfristig durchführbaren Nachregelung der Drehzahl und
der Lage mit Hilfe der dann wieder wirksamen Drehwinkelgeber
sofort weitergearbeitet werden kann. Außerdem kann
bei einem erforderlichen Abbremsen eines Elektromotors
während der Schaltvorgänge aufgrund der ständig bestehenden
elektrischen Verbindungen auch Energie von dem in
diesem Fall als Generator arbeitenden Motor zurückgespeist
werden, wodurch die im Drehautomaten auftretende
Verlustware reduziert wird, was aus vielerlei
Gründen erwünscht und vorteilhaft ist.
Zusätzlich ist für jeden der Elektromotoren durch die Zuordnung
einer Absolutwert-Winkelcodierung eine exakte
Drehzahl- und Lageregelung möglich. Auch hierdurch unterscheidet
sich der erfindungsgemäße Drehautomat in vorteilhafter
Weise von dem bekannten Mehrspindel-Drehautomaten,
bei dem wegen der begrenzten Möglichkeiten der
Drehzahlsteuerung für die einzelnen Elektromotoren der
Riementrieb die Auswahl eines von mehreren Übersetzungsverhältnissen
gestattet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Speiseeinrichtungen
für die Elektromotoren, bei der die Schleifringanordnungen
vorzugsweise am hinteren Ende der Welle
der Spindeltrommel vorgesehen sind, d. h. hinter den vom
Arbeitsbereich abgewandten Ende der Arbeitsspindeln,
sind die Schleifring- und die Bürstenanordnungen als
Baueinheit bequem zugänglich, um Wartungs- und Reparaturarbeiten
durchzuführen.
Als besonders günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die
Sensoranordnungen der einzelnen Drehwinkelgeber nicht an
dem Maschinenrahmen, sondern an der Spindeltrommel befestigt
und mit zugehörigen Auswerteeinrichtungen mittels
an der Welle der Spindeltrommel angeordneter Übertragungseinrichtungen
gekoppelt sind, welche eine mit der Spindeltrommel
umlaufende Sendeeinheit und eine am Maschinenrahmen
befestigte Empfangseinheit umfassen. Dabei ist es besonders
vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit am einen Ende der
Welle der Spindeltrommel angeordnet ist und einen auf
der Achse der Spindeltrommel liegenden Signalausgang aufweist
und wenn die Empfangseinheit als berührungslos arbeitende
Empfangseinheit ausgebildet ist. Bei dieser Konstruktion
nimmt nämlich der Signalausgang der Sendeeinheit trotz der
Tatsache, daß diese ebenso wie die Sensoranordnungen mit
der Spindeltrommel umläuft bzw. fortgeschaltet wird, eine
quasi-stationäre Lage ein, deren Ausgangssignale von einer
stationär am Maschinenrahmen befestigten Empfangseinheit
berührungslos empfangen werden können, wobei die Ausgangssignale
vorzugsweise Lichtsignale sind, die von einer optischen
Empfangseinheit empfangen werden können. Die Lichtsignale
können dabei im sichtbaren Bereich oder auch im
nicht sichtbaren Bereich, beispielsweise im Infrarot-Bereich,
liegen. Weiterhin kann die Sendeeinheit auch so ausgebildet
werden, daß sie akustische Signale, insbesondere
Ultraschall-Signale, erzeugt, die von einer entsprechenden
Empfangseinheit empfangen werden können.
Gegebenenfalls können von der Sendeeinheit auch Signale in
Form von sich ändernden Magnetfeldern erzeugt werden, deren
Änderungen von der entsprechend ausgebildeten Empfangseinheit
erfaßt werden.
Obwohl prinzipiell die Möglichkeit besteht, die von den
einzelnen Sensoranordnungen gelieferten Signale in der
Sendeeinheit unterschiedlich aufzubereiten, so daß sie
von der Empfangseinheit unterschieden werden können, ist
es im allgemeinen vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit einen
Parallel-Seriell-Umsetzer umfaßt, mit dem die von den
Drehwinkelgebern bit-parellel angelieferten Daten in eine
serielle Form umgesetzt werden, um dann in der Empfangseinheit
wieder in bit-parallele Daten umgesetzt zu werden.
Dabei lasen sich die anfallenden Datenmengen im Hinblick
auf die hohe Arbeitsgeschwindigkeit der heute verfügbaren
elektronischen Bauelemente ohne weiteres im Echtzeitbetrieb
verarbeiten.
Zur Synchronisation des Datenflusses durch die Übertragungseinrichtungen
wird es außerdem im allgemeinen vorteilhaft
sein, wenn sowohl auf der Sendeseite wie auch auf
der Empfangsseite jeweils ein Pufferspeicher vorgesehen
ist, in dem die von einem Winkelcodierer stammenden Daten
kurzfristig abgelegt bzw. zwischengespeichert werden können.
Außerdem ist auf der Sendeseite eine Umschaltlogik
bzw. ein Multiplexer vorzusehen, über welchen der Abruf
der Daten von den einzelnen Winkelcodierern mit vorgegebener
Abtastfrequenz steuerbar ist.
Bei einem Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung
ist es vorteilhaft, wenn der Drehwinkelgeber als umlaufendes
Geberelement eine Codescheibe und als Sensoranordnung
mehrere, den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete
Sensoren umfaßt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung kann der Drehwinkelgeber als
umlaufendes Geberelement aber auch eine Impulsscheibe mit
mindestens zwei gegeneinander versetzten Inkrement-Marken-
Spuren und mit einer Null-Marke aufweisen, wobei die
Sensoranordnung dann Sensoren zum Erfassen der Inkrement-
Marken und der Null-Marke aufweist. Außerdem weist die
Sensoranordnung in diesem Fall eine Impulsformer-Schaltung
auf, die erkennen kann, ob der Inkrement-Marken-Ring vorwärts
oder rückwärts läuft und die auch die Null-Marken-
Signale erfaßt und in Abhängigkeit von diesen Signalen
eine entsprechende Ausgangsimpulsfolge, ein Richtungssignal
und ein Rückstellsignal für einen Vorwärts/Rückwärts-
Zähler erzeugt, der die Ausgangsimpulse der Impulsformer-
Schaltung zählt, wobei seine Zählrichtung durch das Richtungssignal
bestimmt wird und der in Abhängigkeit von dem
Nullmarken-Signal auf den Zählerstand Null zurückgesetzt
wird, so daß sich auch bei längerer Betriebszeit keine
Schrittfehler aufsummieren können. Dabei sind die Inkrementmarken
vorzugsweise einzelne Zähne, deren Flanken erfaßt
werden, so daß es beim Abtasten der Flanken zu einer Impulsvervielfachung
kommt.
Die Erfindung wird
nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht
eines Mehrspindel-Drehautomaten
gemäß der Erfindung, wobei einige
Teile weggebrochen und andere im
Schnitt dargestellt sind;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht
einer abgewandelten Ausführungsform
eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß
der Erfindung, wobei einige Teile
weggebrochen und andere im Schnitt
dargestellt sind;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der
wesentlichen Teile der Drehzahl- und
Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-
Drehautomaten gemäß der Erfindung;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform der
wesentlichen Teile der Drehzahl- und
Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-
Drehautomaten gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches, mehr ins Detail
gehendes Schaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform der Sendeeinheit der
Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen
eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß
der Erfindung,
Fig. 6 ein detailliertes schematisches
Schaltbild der Empfangseinheit der
Drehzahl- und Lageeinrichtungen
eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß
der Erfindung und
Fig. 7 ein gegenüber dem Automaten gemäß
Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Mehrspindel-Drehautomaten
mit einem Maschinenrahmen 10, in dem eine Spindeltrommel
12 mit mehreren Arbeitsspindeln 14 und mit
einer Welle 16 drehbar gelagert ist. Die Spindeltrommel
12 ist dabei mittels zugeordneter Antriebseinrichtungen
(nicht dargestellt) in üblicher Weise schrittweise
in verschiedene Schaltstellungen fortschaltbar.
Die einzelnen Arbeitsspindeln 14 sind jeweils durch
einen individuell zugeordneten Elektromotor 18 antreibbar,
dessen Welle 20 als Hohlwelle ausgebildet ist, die
ein Teil der zugehörigen Arbeitsspindel 14 ist.
Mit anderen Worten bildet also die Welle
eines der Elektromotoren 18 gleichzeitig die zugehörige
Arbeitsspindel 14, die jedoch zusätzlich noch eine
übliche Spannvorrichtung zum Festspannen des stangenförmigen
Werkstoffs 22 umfaßt. Beim Ausführungsbeispiel
umfaßt die Spannvorrichtung ihrerseits ein
Spannrohr 24 mit einem konischen Ende - in Fig. 1
rechts - welches mit Hilfe eines Spannzylinders 26 betätigbar
ist. Jeder Elektromotor 18 besitzt einen
Stator mit einer mit einem Speisestrom gespeisten
Wicklung und einen Rotor, welcher als permanentmagnetischer
Rotor oder als Kurzschlußläufer ausgebildet
ist. Erfindungsgemäß werden als Elektromotoren für die
Arbeitsspindeln vorzugsweise regelbare Drehstrommotoren
verwendet, die als Synchron- oder Asynchron-Motoren
ausgebildet sein können, da regelbare Gleichstrommotoren
den Nachteil haben, daß die Kommutatoren besitzen,
die einem Verschleiß unterworfen sind.
Die Speisung der Statorwicklungen jedes der Motoren 18
erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2
über Schleifringe 28, die am hinteren - in Fig. 1 und
2 rechten - Wellenende der Welle 16 der Spindeltrommel
12 angeordnet sind und dort mit Bürstenanordnungen 30
zusammenwirken, die am Maschinenrahmen 10 befestigt
sind. Dabei verlaufen die Zuleitungen zwischen den
Schleifringen und den Statorwicklungen der Elektromotoren
18 durch die hohle Welle der Spindeltrommel 12.
Man sieht, daß die Anordnung der Schleifringe und der
Bürstenanordnungen an dem von den Arbeitsspindeln 14
abgewandten Ende der Spindeltrommel 12 den Vorteil mit
sich bringt, daß diese Baugruppe zu einer für Wartungs-
und Reparaturarbeiten gut zugänglichen Einheit zusammengefaßt
ist.
Wie Fig. 1 zeigt, ist jeder der Arbeitsspindeln 14
außerdem eine Geberanordnung zugeordnet, die aus einem
mit der Arbeitsspindel 14 umlaufenden Geberelement 32
und einer zugehörigen Sensoranordnung 34 besteht. Die
Sensoranordnungen 34 sind dabei
in den den verschiedenen Schaltstellungen
der Spindeltrommel 12 entsprechenden Positionen befestigt.
Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Bürstenanordnungen
30 und der Sensoranordnungen 34 am Maschinenrahmen
10 ist gewährleistet, daß auch beim Fortschalten
der Spindeltrommel 12 für jeden Motor 18 stets ein
Speisestrom verfügbar ist, so daß die Motordrehzahl je
nach Bedarf auch während der Fortschaltvorgänge geändert
werden kann, wie dies eingangs erläutert wurde.
Am Ende eines Fortschaltvorgangs steht dann für jedes
Geberelement 32 auch wieder eine Sensoranordnung 34
zur Verfügung, so daß nunmehr für die während der Fortschaltung
nur steuerbaren Elektromotoren 18, nachdem
sie die neue Schaltstellung erreicht haben, auch wieder
eine Drehzahl- und Lageregelung durchgeführt werden
kann.
Insgesamt lassen sich aufgrund der beschriebenen Konstruktion
des erfindungsgemäßen Mehrspindel-Drehautomaten
geringe Abmessungen und ein entsprechend geringes
Gewicht der Spindeltrommel 12 realisieren, da der Durchmesser
der Spindeltrommel 12 praktisch nur noch vom
Durchmesser ihrer Welle 16 und vom Durchmesser der
Motoren 18 bestimmt wird.
Der in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Mehrspindel-
Drehautomat ist rein konstruktiv im wesentlichen ebenso
aufgebaut wie der Drehautomat gemäß Fig. 1. Der
wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen
besteht darin, daß bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 auch die Sensoranordnungen 34
fest mit der Spindeltrommel 12 verbunden sind, und
zwar mit dem vorderen Ende der Welle 16 der Spindeltrommel.
Die Anschlußleitungen der Sensoranordnungen
34 laufen durch die hohle Welle 16 zu einer Sendeeinheit
36 am hinteren Wellenende. Die Sendeeinheit 36
ist so ausgebildet, daß sie einen Signalausgang besitzt,
der direkt auf der Drehachse der Welle 16 liegt
und damit eine quasi-stationäre Lage einnimmt, obwohl
sich die Sendeeinheit 36 gemeinsam mit der Spindeltrommel
12 dreht. Eine am Maschinenrahmen 10 befestigte
Empfangseinheit 38 liegt der Sendeeinheit 36 bzw. dem
Signalausgang derselben derart gegenüber, daß die von
der Sendeeinheit 36 erzeugten Signale von der Empfangseinheit
38 empfangen und an zugeordnete Auswerteeinrichtungen
weitergeleitet werden können.
Außerdem ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der
Vorteil gegeben, daß die Drehzahl- und Lageregelung
für die einzelnen Arbeitsspindeln während der Trommelfortschaltungen
nicht mehr unterbrochen wird, so daß
eine Arbeitsspindel sofort nach Erreichen der neuen
Arbeitsposition weiterarbeiten kann.
Bezüglich der Anordnung der umlaufenden Geberelemente
32 und der zugeordneten Sensoranordnungen 34 hat die
Ausgestaltung gemäß Fig. 2 den Vorteil, daß jedem Geberelement
32 eine bestimmte Sensoranordnung 34 individuell
zugeordnet ist, so daß jeder der aus einem Geberelement
32 und einer zugehörigen Sensoranordnung 34
bestehenden Signalgeber individuell sehr exakt justiert
werden kann, was bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1
nicht möglich ist, da dort jedes Geberelement 32 entsprechend
der Fortschaltung der Spindeltrommel 12 nacheinander
mit jeder der Sensoranordnungen 34 zusammenwirkt.
Nachstehend soll nunmehr anhand von Fig. 3 und 4 der
Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäß verwendeten
Absolutwert-Winkelcodierer näher erläutert werden.
Im einzelnen zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, bei
der die einzelnen Geberanordnungen als Absolutwertgeber
ausgebildet sind, bei denen als umlaufendes Geberelement
32 auf der Arbeitsspindel eine Codierscheibe
vorgesehen ist und bei denen die Sensoranordnung mehrere,
den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete Sensoren
umfaßt, so daß die Sensoranordnung unmittelbar
ein bit-paralleles Ausgangssignal liefert, welches
in codierter Form den Drehwinkel der betreffenden
Arbeitsspindel, bezogen auf eine Null- bzw. Referenzposition,
anzeigt. Die einzelnen Sensoranordnungen sind
in diesem Fall direkt mit einer Umschaltlogik 40 der
Sendeeinheit 36 verbunden, deren Baugruppen in Fig. 3
von einer strichpunktierten Linie umrahmt sind. Die
Umschaltlogik 40 sorgt dafür, daß die einzelnen Geber,
die in Fig. 3 mit den Bezugszeichen G 1 bis Gn bezeichnet
sind, nacheinander zyklisch und periodisch mit
einem Pufferspeicher 42 verbunden werden, der das
Ausgangssignal des jeweils mit ihm verbundenen Gebers
G 1 bis Gn jeweils zu einem durch die Umschaltlogik 40
vorgegebenen Zeitpunkt übernimmt. Die bit-parallel in
den Puffer 42 eingeschriebenen Ausgangssignale werden
dann mit Hilfe eines Parallel/Seriell-Umsetzers 44 in
serielle Bit-Folgen umgesetzt, welche über einen Ausgangsverstärker
46 an den Signalausgang der Sendeeinheit
gegeben werden. Dieser Signalausgang kann beispielsweise
aus einer Leuchtdiode bestehen, welche entsprechend
der an den Verstärker 46 angelegten Bit-Folge
Lichtimpulse erzeugt, die von der Empfangseinheit,
welche am Eingang beispielsweise einen Fototransistor
aufweisen kann, empfangen und einem Seriell/Parallel-
Umsetzer 48 zugeführt werden, an dessen Ausgang jetzt
wieder die bit-parallelen Daten der einzelnen Geber
G 1 bis Gn nacheinander zur Verfügung stehen und in
üblicher, im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht
näher zu erläuternden Weise ausgewertet werden können,
um eine Drehzahl- und Lageregelung für die einzelnen
Arbeitsspindeln durchzuführen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind anstelle
der Absolutwert-Geber G 1 bis Gn sogenannte inkrementelle
Geber I 1 bis In vorgesehen. Diese inkrementellen Geber
besitzen als umlaufendes Geberelement beispielsweise
eine Impulsscheibe mit zwei gegeneinander versetzten
Spuren mit Inkrement-Marken und mit einer Null-Marke.
Die Inkrement-Marken-Spuren und die Null-Marke der
Impulssscheibe werden von Sensoren der zugeordneten
Sensoranordnung abgetastet, welche zwei phasenverschobene
Impulsfolgen sowie der Null-Marke entsprechende
Referenzimpulse bzw. Null-Marken-Signale liefert.
Gemäß Fig. 4 ist jedem Geber I 1 bis In eine Schaltung
50.1 bis 50. n zugeordnet, in der für jede Flanke der
beiden Impulsfolgen jeweils ein Zählimpuls erzeugt
wird, in der ferner aufgrund der Phasenlage der Flanken
der beiden Impulsfolgen ein Vorwärts- bzw. ein Rückwärts-
Zählsignal erzeugt wird und in der schließlich
in Abhängigkeit von dem Referenzimpuls ein Rückstellimpuls
erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Schaltungen
50.1 bis 50. n werden dem Zähleingang, dem Zählrichtungseingang
bzw. dem Rückstelleingang eines jeweils zugeordneten
Vorwärts/Rückwärts-Zählers 52.1 bis 52. n zugeführt.
An den Ausgängen der Zähler 50.1 bis 50. n
stehen nunmehr in bit-paralleler Form wieder die Daten
zur Verfügung, welche der absoluten Winkelstellung der
betreffenden Arbeitsspindel entsprechen, so daß jeder
der inkrementellen Geber I 1 bis In zusammen mit der
jeweils zugeordneten Schaltung 50.1 bis 50. n und dem
zugehörigen Zähler 52.1 bis 52. n wieder einen Absolutwert-
Geber bildet, wie er in Fig. 3 mit den Bezugszeichen
G 1 bis Gn bezeichnet ist, wobei jeder dieser
Absolut-Geber, genauer gesagt, einen Absolutwert-
Winkelcodierer darstellt. Die Ausgangssignale der
verschiedenen "Absolutwert-Winkelcodierer" gemäß Fig. 4
können nunmehr über die Umschaltlogik 40 wieder den
Schaltungen 42 bis 46 der Sendeeinheit und von dort
der Empfangseinheit 38 und der Schaltung 48 zugeführt
werden, wie dies anhand der Fig. 3 erläutert wurde.
Fig. 5 zeigt, teilweise etwas schematisch, die wesentlichen
Einzelheiten einer mit integrierten Schaltungen
aufgebauten Sendeeinheit 36 gemäß der Erfindung.
In dem Schaltbild gemäß Fig. 5 sind nur die wesentlichen
integrierten Schaltungen besonders mit Bezugszeichen
bezeichnet, während passive Bauelemente wie Widerstände
und Kondensatoren und kleinere, in ihrer Funktion
unproblematische Baugruppen wie Inverter und Und-Schaltungen
nur mit ihren üblichen Symbolen dargestellt sind.
Außerdem sind in Fig. 5, soweit erforderlich, die verschiedenen
Speisespannungen, wie z. B. +5V, angegeben,
wobei diese Angaben noch durch die Bezeichnung und
Numerierung der einzelnen Anschlüsse bzw. "pins" der
integrierten Schaltungen ergänzt sind. Dasselbe gilt
für das schematische Schaltbild gemäß Fig. 6, die eine
mit integrierten Schaltungen aufgebaute Empfängereinheit
gemäß der Erfindung zeigt.
In den nachfolgenden Tabellen I und II sind die Typen-
Nummer, der Hersteller, die Bezeichnung und, soweit
erforderlich, eine kurze Funktionsbeschreibung für die
wesentlichen Elemente der Schaltungen gemäß Fig. 5 und
6 tabellarisch zusammengefaßt. In den Tabellen sind
die Hersteller für die Bauelemente mit folgenden Abkürzungen
bezeichnet: TI = Texas Instruments, MO = Motorola.
Während bei den Drehautomaten gemäß Fig. 1 und 2 ständig
eine Speisung der Elektromotoren und damit eine
Steuerung derselben auch während der Trommelschaltungen
erfolgen kann, zeigt Fig. 7 ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 vereinfachtes Ausführungsbeispiel.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 lediglich durch
die Ausbildung der Speiseeinrichtungen.
Die Speisung der Statorwicklung jedes der Motoren 18
erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 über
Schleifringe 28, welche auf der hohlen Motorwelle 20
bzw. der Arbeitsspindel 14 sitzen und mit Bürstenanordnungen
30 zusammenwirken, denen der Strom aus einer
externen Stromquelle (nicht dargestellt) zugeführt
wird und die am Maschinenrahmen 10 befestigt sind. Die
Bürstenanordnungen 30 sind dabei an der in Fig. 7
linken Stirnseite des Maschinenrahmens 10 derart angeordnet,
daß sie in den verschiedenen Schaltstellungen
der Spindeltrommel jeweils mit einem Satz von Schleifringen
28 bzw. mit einer Schleifringanordnung zusammenwirken
können, wobei sie sich jeweils über einen größeren
Umfangswinkel erstrecken können.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ergeben sich
insofern erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der
Technik, als wegen der den Arbeitsspindeln individuell
zugeordneten Elektromotoren für jede Spindel die optimale
Drehzahl eingestellt werden kann, wobei dadurch,
daß jede der Arbeitsspindeln unmittelbar die Welle des
zugehörigen Elektromotors umfaßt, außerdem eine kompakte
und vergleichsweise leichte Trommelanordnung
erhalten wird.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei einem
Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung
alle Motoren über den gleichen Gleichstromzwischenkreis
gespeist werden können, beispielsweise bei geregelten
Wechselstrommotoren, wodurch die Verlustwärme ebenso
erheblich reduziert werden kann wie bei einer Rückspeisung
ins Netz, wie sie beispielsweise bei der Drehzahlreduzierung
von Gleichstrommotoren möglich ist.
Claims (11)
1. Mehrspindel-Drehautomat mit einer mittels eines Spindeltrommelantriebs
bezüglich eines feststehenden Maschinenrahmens
schrittweise in eine der Anzahl der Arbeitsspindeln
entsprechende Anzahl von Schaltstellungen fortschaltbaren
Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln
drehbar gelagert sind, mit jeweils einem individuell
steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit Speiseeinrichtungen
für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen,
die Bestandteil von Drehzahlregeleinrichtungen
für die Elektromotoren sind,
dadurch gekennzeichnet, daß jede
der Arbeitsspindeln (14) unmittelbar die Welle (20) des
zugehörigen Elektromotors (18) umfaßt, daß den Elektromotoren
(18) Speiseeinrichtungen (28, 30) mit mindestens
einer stationären, aus einer externen Spannungsquelle
gespeisten Anordnung (30) und mindestens einer
damit zusammenwirkenden, drehbaren Anordnung (28) zugeordnet
sind und daß die Steuereinrichtungen Bestandteil
von Drehzahl und Drehlageregeleinrichtungen sind, welche
pro Arbeitsspindel jeweils einen Drehwinkelgeber (G 1 bis
Gn; I 1 bis In, 50.1 bis 50. n, 52.1 bis 52. n) zur Absolutwert-
Winkelcodierung aufweisen, welcher ein synchron
mit der zugeordneten Arbeitsspindel (14) umlaufendes
Geberelement (32) und eine relativ dazu feststehende
Sensoranordnung (34) umfaßt.
2. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß den Elektromotoren (18) als stationäre
Anordnungen der Speiseeinrichtungen Bürstenanordnungen
(30) und als drehbare Anordnungen Schleifringanordnungen
(28) zugeordnet sind.
3. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bürstenanordnungen (30) an den Schaltstellungen
der Spindeltrommel (12) entsprechenden Positionen
des Maschinenrahmens (10) befestigt sind und
daß für jeden Elektromotor (18) eine zugeordnete, mit
der betreffenden Arbeitsspindel (14) umlaufende Schleifringanordnung
(28) vorgesehen ist.
4. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen (34)
an Positionen des Maschinenrahmens (10) befestigt sind,
die den Schaltstellungen der Spindeltrommel (12) entsprechen.
5. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen (34)
an der Spindeltrommel (12) befestigt und mit zugehörigen
Auswerteeinrichtungen mittels an der Welle (16) der
Spindeltrommel (12) angeordneter Übertragungseinrichtungen
(36, 38) gekoppelt sind, welche eine mit der Spindeltrommel
(12) umlaufende Sendeeinheit (36) und eine am
Maschinenrahmen (10) befestigte Empfangseinheit (38)
umfassen.
6. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sendeeinheit (36) an einem Ende der
Welle (16) der Spindeltrommel (12) angeordnet ist und
einen auf der Achse der Spindeltrommel (12) liegenden
Signalausgang aufweist und daß die Empfangseinheit (38)
als berührungslos arbeitende Empfangseinheit (38) ausgebildet
ist.
7. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sendeeinheit (36) als optische Sendeeinheit
ausgebildet ist und daß die Empfangseinheit (38)
als optische Empfangseinheit ausgebildet ist.
8. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (36) einen
Parallel/Seriell-Umsetzer (44) umfaßt und daß die
Empfangseinheit (38) einen Seriell/Parallel-Umsetzer (48)
umfaßt.
9. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelgeber als umlaufendes
Geberelement (32) eine Codescheibe und als
Sensoranordnung (34) mehrere, den einzelnen Spuren der
Codescheibe zugeordnete Sensoren umfaßt.
10. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelgeber
als umlaufendes Geberelement (32) eine Impulsscheibe
mit mindestens zwei gegeneinander versetzten
Inkrement-Marken-Spuren und mit einer Null-Marke und als
Sensoranordnung (34) Sensoren zum Erfassen der Inkrement-
Marken und der Null-Marke sowie eine Impulsformer-
Schaltung (50.1 bis 50. n) zum Erkennen des Vorwärts-
bzw. Rückwärtslaufs des Inkrement-Marken-Rings und zum
Erfassen des Null-Marken-Signals sowie zum Erzeugen
einer entsprechenden Ausgangsimpulsfolge, eines Richtungssignals
und eines Rückstellsignals und einen Vorwärts/
Rückwärts-Zähler (52.1 bis 52. n) zum Zählen der Ausgangsimpulse
der Impulsformerschaltung (50.1 bis 50. n)
umfaßt, dessen Zählrichtung durch das Richtungssignal
bestimmbar ist und der in Abhängigkeit von dem Null-
Marken-Signal auf den Zählerstand Null zurücksetzbar
ist.
11. Mehrspindel-Drehautomat nach einem der Ansprüche 3 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (36)
einen Wellenlängen-Multiplexer umfaßt, mit dessen Hilfe
die Daten über mehrere voneinander unabhängige Datenkanäle
gleichzeitig über einen Lichtleiter aussendbar
sind und daß der Empfangseinheit (38) ein entsprechender
Wellenlängen-Demultiplexer zur Auffächerung der
empfangenen Datenfolgen auf mehrere Kanäle zugeordnet
ist.
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