-
Fühlergesteuerte Nachformwerkzeugmaschine zur Durchführung eines Bearbeitungsvorganges
in einer Mehrzahl von Richtungsfolgen Bei der Durchführung des Bearbeitungsvorganges
auf einer fühlergesteuerten Nachformwerkzeugmaschine wird mitl Arbeitsgängen gearbeitet,
die man als Richtungsfolgen bezeichnen kann. Der Bearbeitungsvorgang setzt sich
aus der Fühlvorschubbewegung und der Leitvorschubbewegung zusammen, und man kann
jetzt die Steuerung für verschiedene Arten und verschiedene Anzahl von Richtungsfolgen
durchbilden. DieArt undZahl derRichtungsfolgen be-,stimmen die 7erspanungsileistung
unid Bearbeitungsgenaudgkeit. Hinsichtlich der Zersp.anungsleistung ergeben sich
die günstigsten Verhältnisse bei vier Richtungsfolgen, die in der Weise miteinander
in Verbindung stehen, daß bei je zwei aufeinanderfolgenden Richtungsfolgen eine
Bewegungskomponente dauernd eingeschaltet bleibt. Die vier Richtungsfolgen sind
bei einem Bearbeitungsbogen von i8o° also gekennzeichnet durch nordwärts-nordostwärts,
nordostwärts-ostwärts, ostwärts-südostwärts, südostwärts-südwärts. Das Schaubild
des Bearbeitungsvorganges einer Kreislinie ist in Fig. i dargestellt. Um von einer
Richtungsfolge auf die andere überzugehen, ist es erforderlich, daß jeweils ein
neuer Kontakt am Fühler geschlossen wird. Das Schließen eines neuen Kontaktes ist
aber erst das Ergebnis einer entsprechenden Fühlerauslenkung, d. h. zur Durchführung
der vier Richtungsfolgen sind vier ArtenderFühlerauslenkung notwendig. Das:Ergebnis
dieser
Tatsache ist aus dem Schaubild ohne weiteres ersichtlich. Es führt nämlich mit fortschreitendem
Arbeitsvorgang zu einer immer zunehmenden Abweichung des fertigen Werkstückes
gegenüber dem Musterstück. Eine Möglichkeit, die Genauigkeit des Bearbeitungsvorganges
zu erhöhen, ist bereits anderweitig erläutert, nämlich die Umschaltung der Zahl
der Richtungsfolgen, je nachdem ob man große Spanleistung mit geringer Genauigkeit
oder kleine Spanleistung mit hoher Genauigkeit erzielen will.
-
Anzustreben ist aber die Vereinigung beider Grundwerte des Bearbeitungsvorganges,
nämlich höhe Zerspanungsleistung und hohe Genauigkeit. Mit dieser Aufgabe beschäftigt
sich die Erfindung, und sie döst sie dadurch, d.aß d-ie Steuerung mit einem selbsttätigen
Richtungsfolgenwähler ausgerüstet ist, der in Abhängigkeit von der ?Neigung der
abzutastenden Musterlinie geschaltet wird. In einer besonders wesentlichen Ausbildung
der Erfindung wird -die Schaltung ,des selbsttätigen Richtungsfolgenwählers ,als
Rüakholschaaltung .ausgebildet, in der Weise, Kiaß an der Umschaltstelle nur eine
kurzzeitige Verminderung der Bearbeitungsgenauigkeit zugelassen wird, die durch
die Rückholschaltung wieder beseitigt wird, so daß nach rdem Rückholvorgang der
Bearbeitungsvorgang mit der ursprünglichen Genauigkeit durchgeführt wird.
-
Die Verhältnisse seien an Hand der Fig. 2 erläutert. Es soll der Einfachheit
halber die Bearbeitung einer Halbkreislinie angenommen werden. und zwar mit der
Durchführung des Bearbeitungsvorganges in vier Richtungsfolgen. Der Bearbeitungsvorgang
beginne im Punkt A in der Weise, daß zunächst die Fühlvorschubbewegung eingeschaltet
ist. Fühler und Werkzeug also zunächst auf 1,Iuster und Werkstück zulaufen. Irn
Punkt a wird infolge der Fühlerauslenkung zu der Fühivorschubhewegüng noch die Leitv
orschubbewegüng zugeschaltet, so daß sich an die Fühlvorschubbewegung eine resultierende
Bewegung a-b anschließt, die dazu führt, daß nach einem gewissen Weg die Fühlerauslenkung
wieder zurückgeht, die Leitvorschubbewegung abgeschaltet wird und nur die Fühlvorschubbewegung
weiterläuft. Im Punkt c ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie im Punkt a, im
Punkt d die gleichen Verhältnisse wie im Punkt b. Vom Punkt
e an führt nun eine Bewegung des Fühlers nicht mehr dazu, daß die Fühlerauslenkungwieder
zurückgeht, vielmehr würde jetzt die Fühlerauslenkung weiter ansteigen, bis durch
entsprechend große Auslenkung ein weiterer Fühlerkontakt geschlossen wird, der die
Fühlvorschubbewegung abschaltet und nur die Leitvorschubbewegung einschaltet, so
daß die Fühlerbewegung jetzt waagerecht von der Musterlinie fortführt. Das würde
zu der erwähnten Ungenauigkeit des Bearbeitungsvorganges führen. Die Erfindung schafft
nun hier grundsätzlich neue Verhältnisse.
-
Im Punkt B setzt nämlich der selbsttätig arbeitende Richtungsfolgenwähler
ein, und zwar holt er die Steuerung wieder auf die Musterlinie zurück, d. h. bis
zum Punkt B'. Von hier an wird die auswärts verlaufende Fühlvörschubbewegung abgeschaltet
und dafür die einwärts verlaufende Fülilvorschubbewegong zusammen mit der Leitvorschubbewegung
eingeschaltet, so daß sich jetzt eine resultierende Bewegung bis zum Punkt f ergibt.
Hier wird wegen der steigenden Fühlerauslenkung die einwärts verlaufende Fühlvorschubbewegüng
abgeschaltet und lediglich die Laitvorschubbewegung bis- zum Punkt g in Betrieb
gehalten, die Steuerungsvorgänge in den Punkten h und i entsprechend den Steuerungsvorgängen
in den Punkten f und g usf. Vom Punkt k
an würde sich wieder dasselbe
ergeben wie im Punkt e, d. h. die Leitvorschubbewegung würde nicht zu einer Fühlerauslenkung
führen, so daß, um die Südostbewegung einzuschalten, ein weiterer Kontakt am Fühler
geschlossen werden müßte. Jetzt greift wieder der Richtungsfolgenwähler ein, und
zwar holt er den Fühler nach dem Punkt C zurück. Hier setzt wieder die Leitvorschubbewegung
ein, während vom Punkt l an die Fühlvorscheibbewegung auswärts überlagert wird,
usf. Punkt m ist dann wieder der Punkt, von dem an eine Änderung der Richtungsfolgen
erforderlich wird. Dies geschieht im Punkt D; in dem die Leitvorschubbewegung abgeschaltet
(und die Fühlvoisehubbewegung abgeschaltet) und die Fühlvorschubbewegung auswärts
bis zum Punkt D1 eingeschaltet wird .
-
Die eben gegebene Erläuterung eines Bearbeitungsvorganges mit einem
selbsttätigen Richtungswähler zeigt nun, daß das Kriterium für das Umschalterfordernis
der Winkel zwischen Fühlvorschubrichtung und Kurvenneigung ist. In F ig. 3 ist dieser
Winkel a für den Punkt a dargestellt. Der Winkel a ist hier sehr klein. Fig.
,4 dagegen zeigt den Winkel zwischen Fühlvorschubbewegung und Kurvenneigung im Punkt
e. Der Winkel a ist hier groß. Die Erfindung macht von dieser Tatsache Gebrauch,
indem sie die selbsttätige Umschaltung von der Neigung der abzutastenden Musterlinie
abhängig macht.
-
Besonders einfacheundschalbungsmäß!ig leicht zu beherrschende Mittel
ergeben sich dann, wenn Ernan die Steuerung mit einem Befehlsgeber ausrüstet, in
dem die Fühlerauslenkung in eine stetige Änderung einer elektrischen Größe umgewandelt
wird. Unter einer stetigen Änderung soll dabei auch solche Änderung verstanden werden,
die durch Verstellung eines feinstufigen Widerstandes zustande kommt. Die Stufen
sind dann so klein, daß die Änderung als stetig angesehen werden kann. Es sei z.
B. angenommen, im Befehlsgeber werde die Fühlerauslenkung in die Änderung eines
elektrischen Stromes umgesetzt. Dann ergibt sich, wenn man die Vorgänge entsprechend
Fig. 3 zugrunde legt, ein Stromschaulyild entsprechend Fig. j.
-
Der Strom i hat zunächst den Wert i, o. Bei der Fühlerauslenkung steigt
er dann bis auf den Wert i1 i an. Trägt man zu dieser Stromkurve die Kurve des Differentialquotienten
t4 = d- auf, so erhält man eine verhältnismäßig breite, niedrige Kurve, deren
Scheitelwert unterhalb des Wertes ieo liegt. Zeichnet man sich jetzt entsprechend
Fig: q. dieselbe Kurve für einen großen Winkel a auf (Fig. 6), so ist jetzt die
Kurve für i( erheblich schmäler und steiler. Sie ragt mit ihrem Scheitelwert über
den Wert zso hinaus. Wenn
man jetzt in die Steuerung ein Relais
einbaut, das auf den Wert uo anspricht, so kann man offensichtlich vom Differentialquotienten
dt aus einen Umschaltbefehl für die Richtungsfolgen geben. Die Schaltungen hierfür
sind einfacher Art. Man kann die Stromänderung entweder durch transformatorische
oder kapazitive Kopplung auf ein Relais übertragen.
-
Es sei jetzt der Bearbeitungsvorgang nach Fig. 2 an Hand der Fig.
7 erläutert. Die hier dargestellte Steuerung ist eine an sich bekannte Bolometersteuerung.
Die Auslenkungen des nicht dargestellten Fühlers werden in die Bewegung der Bolometerfahne
umgesetzt, die die Stromwerte zweier Widerstände einer Brückenschaltung verändert.
Der Brückenstrom wirkt auf ein Bolometerrelais BR ein. An diesen Relaiskreis
ist über den Transformator TR ein Umschaltrelais UR angekuppelt, von dem aus in
Abhängigkeit; von der Kurvenneigung selbsttätig die Richtungsfolgen geschaltet werden.
Das Bolometerrelais BR ist so eingestellt, daß es einen Kontakt i geschlossen hält,
solange der Fühler das Muster nicht berührt. Wenn also der Bearbeitungsvorgang im
Punkt A beginnen soll, ist Kontakt i geschlossen zu denken. Bei geschlossenem Kontakt
i ist das Relais HR erregt (Anschluß 2, Kontakt i, Spule von HR, Anschluß 3). Zur
Einleitung des Bearbeitungsvorganges wird der Druckknopf »Ein« gedrückt. Hierdu;rch
wird Idas Richtunigsrelais Ri an Spannung gelegt (Anschluß, q., Druckknopfkontakte
5, Spule von R1, Anschluß 6). Ri hält sich selbst über die Ruhekontakte des Richtungsrelais
R2 (Anschluß ,^, Selbsthaltekontakte 8 von R1, Ruhekontakte g von R.2, Spule von
Ri nach Anschluß 6). Durch das Ansprechen von R1 werden saineArbeitskontakte i o
geschlossen, durch die die Wicklung E der Magnetkupplung für Fühlvorschub einwärts
erregt wird (Anschluß i i, Arbeitskontakte io von R1, Wicklung E, Anschluß 12).
Die Fühlvorschubbewegung verläuft also jetzt in Richtung auf das Muster zu, während
die Leitvorschubbewegung (Querbewegung) noch abgeschaltet ist.
-
Berührt jetzt der Fühler das Musterstück und wird er entsprechend
weit ausgelenkt (Punkt .4 der Fig. 2), so wird durch den Bolometerstrom BR zum Ansprechen
gebracht, das seinen Kontakt i öffnet. HR fällt ab; das Richtungsrelais R1 bleibt
wegen seiner Selbsthaltung eingeschaltet. Durch das Abfallen von HR wird jetzt die
Magnetkupplung Q für die Querbewegung zugeschaltet (Anschluß 13, Ruhekontakte 14
von HR, Arbeitskontakte 15 von R1, Wicklung Q, Anschluß 16). Da jetzt Fühlvorschub
einwärts und Leitvorschub gleichzeitig eingeschaltet sind, ergibt sich eine resultierende
Bewegung nordostwärts, entsprechend der Strecke a-b der F'g. 2. Bei dieser Bewegung
kommt im Punkt b der Fühler vom Muster frei. HR wird wieder eingeschaltet. R1 und
damit die Magnetkupplung für Fühlervorschub einwärts bleiben eingeschaltet. Dagegen
ist die Magnetkupplung Q für die Leitvorschuhbewegung wieder abgeschaltet, da die
Ruhekontakte 14. von HR
wegen des Anspringens von HR geöffnet sind. Das Umschaltrelais
UR ist bei diesem Bearbeitungsvorgang wirkungslos geblieben, da infolge des kleinen
Winkels zwischen Kurvenneigung und Fühlvorschubbewegung keine genügende große Stromänderung
zum Ansprechen dieses Relais zustande gekommen ist.
-
Im Punkt B dagegen ist jetzt die Stromänderung groß genug, um UR zu
erregen. UR schaltet also ein. HR ist, da Kontakt i geöffnet ist, abgefallen. Spricht
UR an, so wird das Richtungsrelais R2 eingeschaltet! (Anschluß 17, Kontakt 18 von
UR, Arbeitskontakte ig von R1, die vorläufig noch geschlossen sind, Wicklung von
R2, Anschluß 2o). R2 hält sich selbst über seine Seilbsthaltekontakte und die -Ruhekontakte
von R3 (Anschluß 25, Selbsthaltekontakte a6 von R2, Ruhekontakte 2-7 von
R3, Wicklung R., Anschlluß 2o). Durch das Ansprechen von R2 werden seine Ruhekontakte
g geöffnet, so daß also R1 abfällt. Beim Abfallen von Ri wird die Magnetkupplung
F für Fühlvorschub einwärts stromlos, die Fühlvorschubbewegung einwärts also abgeschaltet.
Durch UR ist nun weiter das Relais HR" eingeschaltet worden (Anschluß 17, Kontakt
18 von UR, Wicklung von HR", Anschluß 21). Über HR, ist die Magnetkupplung
<4 für Fühlvorschub, auswärts eingeschaltet (Anschluß 22, Arbeitskontakte 23
von HR., Wicklung A der Magnetkupplung auswärts, Anschluß 2.I). Die Querbe"vegung
bleibt dabei eingeschaltet (Anschluß 2g, Arbeitskontakte 28 vom R2, Wsclk:lung Q,
Anschluß 16). Der Vorgang verläuft jetzt südostwärts, entsprechend der Strecke B-B'
der Fig. 2, d. h. der Fühler wird jetzt wieder auf die Steuerlinie zurückgeholt.
Die zunächst entstandene enegeringe eUngenaazigkeit des Bearbeitungsvorganges wird
damit wieder rückgängig gemacht. UR und HR" sind aber nur so lange eingeschaltet,
bis die Steuerung wieder zurückgeholt ist. In dem Augenblick, wo UR infolge Abklingens
der u-Kurve unter den Wert u. spannungslos wird, öffnet Kontakt i 8 und macht HR"
spannungslos. HR" öffnet seine Arbeitskontakte 23 und schaltet die Magnetkupplung
A wieder ab. Der Fühler kommt wieder frei vom Modell. BR schließt den Kontakt i,
HR wird eingeschaltet und damit wieder die Magnetkupplung F für Fühlvorschub einwärts
erregt (Anschluß 3o, Arbeitskontakte 31 von HR, Arbeitskontakte 32 von R2, Wicklung
E, Anschluß 12). Die Querbewegung bleibt über die Arbeitskontakte 28 von
R2 eingeschaltet, so daß sich also jetzt die Nordostbewegung auf der Strecke E-f
ergibt. Im Punkt f steigt die Fühlerauslenkung an, HR öffnet seine Arbeitskontakte
31 und macht dadurch die Wicklung E spannungslos. Die Querbewegung bleibt über die
Arbeitskontakte a8 von R2 aufrechterhalten bis zum Punkt g.
-
Im Punkt C muß wieder selbsttätig eine Umschaltung der Richtungsfolgen
herbeigeführt werden, und außerdem soll die Steuerung hier wieder zurückgeholt werden.
UR wird infolge steigender Fühlerauslenkung wieder eingeschaltet und damit auch
HR, Hierdurch wird das Richtungsrelais R;1 erregt (Anschluß 25, Arbeitskontakte
33 von R2, Wicklung R2, Anschluß 3q.). R2 hält sich selbst über die Ruhekontaktevon
R4 (Anschluß 25, Selbsthaltekontakte 3,5
von R3, Ruhekontakte
36 von R4, Wicklung von R3, Anschluß 34). Hierbei öffnet R3 seine Ruhekontakte 27
und schaltet dadurch R2 ab. Wie bereits beschrieben, wird durch HR" über dessen
Arbeitskontakte 23 die MagnetkupplungA für Fühlv orschub auswärts erregt. Ferner
ist über R3 die Magnetkupplung Q für die Leitvorschubbewegung eingeschaltet (Anschluß
37, Arbeitskontakte 313 von R3, '\@'icklung Q, Anschluß z6).
-
Es ergibt sich jetzt eine südostwärts Bericht; t: Bewegung C-C', wodurch
der Fühler wieder auf da-Musterstück zurückgeholt wird. Hierbei kommt der Fühler
frei, Kontakt i wird geschlossen; und HR
wird eingeschaltet. UR ist abgefallen
und damit auch HR, ausgeschaltet. R3 hält sich wegen seiner Selbsthaltung. Infolge
Abfallens von HR, ist die Kupplung A für Fühlvorschub auswärts abgeschaltet:.
Die Kupplung Q bleibt über R3 eingeschaltet, so daß jetzt die Bewegung ostwärts
verläuft. Hierbei wird infolge der Fühlerauslenkung Kontakt i geöffnet. HR fällt
ab. UR war bereits abgefallen, ebenso HR,
R3 hält sich selbst. Die Kupplung
für den Quervorschub bleibt über R3 eingeschaltet. Jetzt ist außerdem die Kupplung
A für Fühlvorschüb auswärts eingeschaltet, und zwar über die Ruhekontakte von
HR
und R3 (Anschluß 13, Ruhekontakte 14 von HR, Arbeitskontakte 39 von R3,
Wicklung A, Anschluß 24). Aus der Querbewegung und der Auswärtsbewegung ergibt sich
damit eine Südostbewegung.
-
Wenn bei dieser Bewegung der Fühler nicht vom Musterstück frei kommt,
sondern weiter ausgelenkt wird, spricht UR an und schaltet HR" ein. HR ist abgefallen,
R3 hält sich selbst. Über UR und R3 wird jetzt R4 eingeschaltet (Anschluß 17, Kontakte
18 von UR, Kontakte 4o von R3, Wicklung 41 von R4, Anschluß 4z). R4 hält sich selbst
über Ruhekontakte von R1 (Anschluß 25, Selbsthaltekontakte 43 von R4, Ruhekontakte
44 von Rl, Wicklung 44 Anschluß 42). Dabei öffnet R4 seine Ruhekontakte 36 und läßt
R3 abfallen. Die Kupplung Q für die Querbewegung ist abgeschaltet, dagegen die Kupplung
A für die Bewegung Fühlvorschub auswärts eingeschaltet (Anschluß 45, Arbeitskontakte
46 von R4, Wicklung A, Anschluß 24). Die Bewegung verläuft also jetzt südwärts,
und zwar so lange, bis infolge zurückgehender Auslenkung der Bolometerfahne Kontakt
i von BR wieder geschlossen wird. UR und HR fallen ab. R4 bleibt wegen der Selbsthaltung
eingeschaltet, HR wird eingeschaltet. Die Magnetkupplung A für Fühlv orschub auswärts
bleibt über die Kontakte 46 eingeschaltet. Magnetkupplung Q wird über R4 zugeschaltet
(Anschluß 30, Kontakte 31,
Kontakte 47, Wicklung Q, Anschluß 6o). Aus der
jetzt gleichzeitig verlaufenden Auswärts- und Querbewegung ergibt sich eine südostwärts
gerichtete Bewegung, an die sich nach entsprechender erneuter Fühlerauslenkung eine
Südbewegung anschließt uszv.
-
An Stelle der transformatorischen Anköpplüng des Richtungsfolgewählers
kann z. B. auch eine Saugschaltung nach Fig. 7 a verwendet werden.
-
Die Beschreibung eines als Beispiel gewählten Bearbeitungsvorganges
zeigt, daß mit der n°uen Stzuerüng zwei besonders wesentliche Wirkungen erzielt
werden, nämlich einmal eine selbsttätige Umschaltung der Richtungsfolgen ohne bleibenden
Ungenauigkeitsgrad und zweitens eine Rückholung der Steuerung jeweils auf die Musterlinie.
Damit werden hinsichtlich Zerspanungsledstung und Arbeitsgenauigkeit außerordentlich
große Fortschritte erzielt.