DE9304207U1 - Drehmaschine zur Feinbearbeitung - Google Patents

Description

Beschreibung

Drehmaschine 2ur Feinbearbeitung

Universaldrehmaschinen zur Feinbearbeitung von Drehteilen sind in zahlreichen Ausührungen bekannt. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Maschinen ist die erreichbare Oberflächenrauhigkeit der bearbeiteten Teile. Dieses qualitätsbestimmende Merkmal wird umso wichtiger, je höher die Forderungen sind, die an den Rundlauf und die Zylindrizität der zu bearbeitenden Teile gestellt werden.

Besondere Bedeutung gewinnt dabei die Ausführung des Hauptantriebes für die Arbeitsspindel. Bei der Präzisionsbearbeitung ist die Einhaltung konstanter Parameter am Drehwerkzeug besonders wichtig. Dazu gehört auch die Einhaltung einer möglichst konstanten Schnittgeschwindigkeit. Das Kriterium der Wirtschaftlichkeit wird bei der Feinbearbeitung weniger von dem Zerspanungsvolumen als von der Zerspanungszeit bestimmt. Das erfordert hohe Schnittgeschwindigkeiten, gleichbedeutend mit hohen Drehzahlen der Arbeitsspindel bei wenigen rotierenden Teilen im Hauptantrieb der Maschine, um störende Schwingungen, die von rotierenden Teilen infolge unvermeidbarer Unwuchten ausgehen, weitestgehend zu vermeiden.

Bekannte technische Ausführungen von Hauptspindelantrieben für
Feindrehmaschinen sind die als Variator bekannten stufenlosen
Kegelscheibengetriebe. Auch sind elektromagnetisch schaltbare
Kupplungsgetriebe bekannt, die bei feiner stufung unter Last ein gestuftes Anpassen der Drehzahl während der Bearbeitung erlauben.

Ebenso bekannt aus der NC-Technik sind die geregelten Gleichstromantriebe , die aber hauptsächlich aus Kostengründen in
der konventionellen Drehtechnik keine Verbreitung fanden.
Neuere kostengünstige technische Antriebslösungen sind seit einiger Zeit bekannt, bei denen Drehstrommotore über Transistorwechselrichter in einem weiten Bereich in der Drehzahl eingestellt werden können.

Ebenso bekannt sind Positionsanzeigegeräte, die aus der Position des Drehwerkzeuges zur Planachse der Maschine ein

analoges Signal bilden, das zur Ansteuerung eines Wechselrichters geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Nutzung der beiden zuletzt genannten technischen Lösungen und in ihrer Kombination eine Werkzeugmaschine für die konventionelle Drehbearbeitung zu schaffen, in der die Vorzüge dieser technischen Neuerungen optimal zur Geltung kommen und gleichzeitig die vielfältigen Bearbeitungsaufgaben einer Universaldrehmaschine ohne Einschränkung durchgeführt werden können.

Ferner sind die Besonderheiten der Bedienung von Hand zu berücksichtigen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Schutzansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst, indem der Betrieb mit konstanter Schnittgeschwindigkeit wahlweise erfolgt, daß die eingestellte Schnittgeschwindigkeit nachträglich ohne besondere Mühe geändert werden kann, daß sie begrenzt werden kann, daß mindestens zwei unterschiedliche Drehzahlen gewählt werden können , daß beim Ein- und Ausschalten der konstanten Schnittgeschwindigkeit ein "Halt"- Signal ausgelöst wird und daß die Drehzahl der Arbeitsspindel angezeigt wird.

Im Folgenden werden dazu nähere Erläuterungen gegeben:

Beim Einrichten der Maschine ist der Bereich der konstanten Schnittgeschwindigkeit und der Betrag festzulegen. Das geschieht durch Eintragung entsprechender Parameterwerte an der Positionsanzeigeeinheit und ist von dieser vorgegeben. Die Parameterwahl ist abhängig von dem zu bearbeitenden Teil.
Beispielsweise wird die Parameterfestlegung für ein scheibenförmiges Teil aus Aluminium anders ausfallen als für ein wellenförmiges Teil aus Stahl. Die Parameterfestlegung erfolgt in aller Regel nur ein Mal für eine Bearbeitungsaufgabe.
Nach Eingabe der Parameter für den Gültigkeitsbereich der konstanten Schnittgeschwindigkeit wird diese Betriebsart durch Betätigung einer Taste an der Positionsanzeigeeinheit aktiviert und das Analogsignal für die Steuerung des Wechselrichters gebildet.

Die Notwendigkeit des wahlweisen Betriebes mit konstanter Schnittgeschwindigkeit ergibt sich aus der Forderung, nicht laufend die Parameterwahl neu treffen zu müssen, etwa dann, wenn die Drehzahl nicht von der Stellung des Drehstahles in der Planachse vorgegeben ist, sondern vom Werkzeug, wie z.B. beim Bohren oder Reiben.

Die Notwendigkeitder nachträglichen Korrektur der Drehzahl bzw. der Schittgeschwindigkeit ergibt sich z.B. wenn die Spanbildung schlecht ist ( in der Regel Korrektur nach höheren Werten) oder bei unterbrochenem Schnitt ( Korrektur nach niedrigeren Werten ).

Die Notwendigkeit der Begrenzung der Drehzahl auf einen Höchstwert ist immer dann gegeben, wenn z.B. mit einer Planscheibe gearbeitet wird oder wenn Teile zu bearbeiten sind, die sperrig sind oder unrund. In diesem Fall werden durch die Drehzahlbegrenzung beim Plandrehen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit Gefahren für Mensch und Maschine vermieden. Die Notwendigkeit der Auslösung eines Halt-Signals beim Ein- oder Ausschalten der beiden Betriebsarten ergibt sich daraus, daß das Umschalten durch Betätigung der entsprechenden Taste an der Positionsanzeigeeinheit erfolgt und demzufolge auch bei laufender Spindel möglich ist. Durch das vorgesehene Halt-Signal wird der Bearbeiter an der Maschine zumindest auf die Überprüfung der eingestellten Drehzahl hingewiesen, ehe er die Maschine erneut einschaltet. Dadurch wird der Entstehung einer Gefahrensituation vorgebeugt, die darin besteht, daß sich sonst insbesondere beim Ausschalten der konstanten Schnittgeschwindigkeit plötzlich eine hohe Drehzahl an der Spindel einstellen kann.

Die Möglichkeit der Einstellung von zumindest zwei voneinander unabhängigen Drehzahlen für die Rechts- und Linksdrehrichtung der Spindel ist beispielsweise vorteilhaft beim Schneiden von Gewinde mit dem Drehstahl. Auf diese Weise ist es möglich, beim Rückstellen des Drehstahles in die Ausgangsposition mit einer höheren Drehzahl zu arbeiten und so die Zeit für das Rückstellen zu verkürzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Es zeigen :

Figur 1: Darstellung der prinzipiellen Anordnung der Positionsanzeigeeinheit PA (1), des Wechselrichters WR (2) , die Anordnung der Schalter Sl bis S4, des Steuergliedes SG (3) mit der Wirkung auf Sl und S4, die Stellglieder (4) für die Drehzahlkorrektur, den Begrenzer (5) für die Drehzahlbegrenzung , den Näherungsschalter (7) und den Hauptmotor M (6).

Figur 2: Darstellung des Spindelstockes (13) mit der prinzipiellen Anordnung des Sensors (11) für die Erkennung der Planscheibe (14) und des Sensors (17) für die Zählung der Umdrehungen der Arbeitsspindel (15)

Figur 3a und 3b: Darstellung einer schaltungstechnischen Ausführung der Erfindung, in der die Schalter Sl bis S4 und das Steuerglied SG (3) durch Relais ausgefürt werden. Die Drehzahlkorrektur erfolgt über Potentiometer Rl und R2 und die Drehzahlbegrenzung über Begrenzerdioden Zl und Z2.

Im Folgenden wird die Ausführung nach Figur 3a und 3b näher erläutert:

Die Realisierung des Steuergliedes GS (3) erfolgt über das Relai Kl im Steuerkreis (1) mit einem Wechsler (Kl.1) zwischen den Signal leitungen (9) und (10) , der den Schalter Sl realisert und einen Schließer (Kl.2) im Steuerkreis (2), über den das einschalt- und abfallverzögerte Relai K5 mit dem Öffner (K5.1) im Steuerkreis (3), der den Schalter S4 realisiert, gesteuert wird. Sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten von K5 durch Kl öffnet der öffner ( K5.1 ) kurzzeitig . Diese Zeit sollte ca. 2 see betragen. Diese Zeit ist völlig ausreichend für das Abfallen der Selbsthalteschaltungen im Steuerkreis (3) für den Recht- und Linkslauf des Antriebsmotores M (6). Die Realisierung des Schalters S2 erfolgt über die Relais K3 und K4 für die Rechts- und Linksdrehrichtung der Spindel, die

Schließer (K3.1) und (K4.1) in der Steuerleitung (8) des Wechselrichters (2) und die Taster T3 u.T4 im Steuerkreis (3).
Die Realisierung des Schalters S3 für die Drehzahlbegrenzung
erfolgt durch das Relai K2 und den Tastschalter mit Raststellung T2 und die Schließer (K2.1) und (K2.2) in der Steuerleitung (8).

Die Realisierung der Stellglieder (4) für die Drehzahleinstellung oder Korrektur erfolgt Über die beiden Potentiometer Rl und R2 jeweils unabhängig für die Rechts- oder Linksdrehrichtung der Spindel.

Die Drehzahlbegrenzung (5) läßt sich in einfacher Weise durch die beiden Begrenzerdioden Zl und Z2 realisieren. Die Begrenzerspannung der Dioden ist so zu wählen, daß sie im Verhältnis zur maximalen analogen Steuerspannung gleich ist wie die Begrenzungsdrehzahl zur Maximaldrehzahl der Spindel.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 5 angegeben und in Fig. 2 dargestellt :
Durch den induktiven Näherungsschalter (7) mit einem Sensor (11), der in der Nähe des Spindelkopfes (12) der Arbeitsspindel (15) am Spindelstock (13) der Maschine befestigt ist, kann die aufgespannte Planscheibe (14) erkannt werden und der Schließer (7.1) im Steuerkreis (4) nach Fig.3b durch die parallele Anordnung zu Schalter T2 die selbsttätige Begrenzung der Spindeldrehzahl auf die Grenzdrehzahl der Planscheibe (14) bewirken. Im Größenvergleich zur Planscheibe (14) liegt ein Drehfutter (19) außerhalb des Erkennungsbereiches des Sensors (11).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im &eegr; Anspruch 10 angegeben und ebenfalls in Fig.2 gargestellt :
Eine einfache Anzeige der Drehzahl ist dadurch möglich, daß die Spannung am Steuereingang (8) des Wechselrichters WR (2) zur Anzeige gebracht wird, weil diese Spannung direkt proportional der Drehzahl ist. Das hat aber den Nachteil, daß eine falsche Drehzahl angezeigt wird, wenn in niedrigen Drehzahlen mit dem Vorgelege gearbeitet wird.

Dieser Nachteil wird behoben, wenn die Drehzahl durch eine Impulszählung bestimmt wird, wie im Anspruch 10 beschrieben.

Über einen in unmittelbarer Nähe des Vorgelegezahnrades (16) der Arbeitsspindel (15) angebrachten induktiven Näherungssensor (17) werden die Umdrehungen des Vorgelegezahnrades gezählt und aus der Zählfrequenz ein Maß für die Drehzahl gebildet. Der Sensor reagiert dabei auf eine Vertiefung (18) im Vorgelegezahnrad (16).

hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Drehmaschine zur Feinbearbeitung, die mit einem stufenlos steuerbaren schwingungsarmen Hauptantrieb versehen ist, der aus einem analog gesteuerten Transistorwechselrichter WR (2) und einem Drehstrommotor M (6) besteht und die mit einer Positionsanzeigeeinheit PA (1) versehen ist, die aus der Position des Drehwerkzeuges in der Planachse der Maschine ein analoges Signal bildet, das zur Steuerung des Wechselrichters WR (2) genutzt wird und die Maschine wahlweise mit konstanter Schnittgeschwindigkeit betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der wahlweise Betrieb mit konstanter Schnittgeschwindigkeit über einen Schalter (Sl) erfolgt, daß über einen Schalter (S2) und Stellglieder (4) die Schnittgeschwindigkeit korrigiert werden kann, über einen Schalter (S3) und Begrenzer (5) die Schnittgeschwindigkeit begrenzt werden kann, über einen Schalter (S4) ein Halt-Signal ausgelöst wird, die Drehzahl angezeigt wird.

2. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Schalter (Sl) die wahlweise Ankopplung des analogen Signales an den Steuereingang (8) des Wechselrichters (2) erfolgt, daß die Ankopplung zugleich mit der Aktivierung der konstanten Schnittgeschwindigkeit erfolgt.

3. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal über von Hand verstellbare Stellglieder (4) zur Drehzahlkorrektur geleitet wird, die über Schalter (S2) ausgewählt werden.

4.Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal im Betrag begrenzt wird, daß durch die Begrenzung eine zulässige Höchstdrehzahl nicht überschritten wird, die Begrenzung über Schalter (S3) ein- und ausgeschalten wird, daß die Begrenzung des Analogsignals durch Begrenzerdioden (Zl...) erfolgt.

5. Drehmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schalter (S3) ein weiterer Schalter angeordnet

ist, daß dieser Schalter ein Näherungsschalter (7) ist, daß der Schalter induktiv betätigt wird.

6. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S4) sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten der Betriebsart mit konstanter Schnittgeschwindigkeit ein "Halt" des Hauptantriebes bewirkt.

7. Drehmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Schalter (S2) eine wahlweise und unabhängige Drehzahlvorwahl für die Rechts-bzw Linksdrehrichtung der Spindel geschaltet wird, daß die Betätigung gleichzeitig mit dem Einschalten des Antriebes erfolgt.

8. Drehmaschine nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (Sl) und (S4) gleichzeitig betätigt werden, daß die Betätigung über ein Stellglied SG (3) erfolgt, das über ein Signal von der Positionsanzeigeeinheit PA (1) angesteuert wird.

9. Drehmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S4) durch ein ansprech- und abfallverzögertes Relai (K5) realisiert wird.

10. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl durch Auswertung einer Impulsfolge ermittelt wird, daß die Impulsfolge von einem Zahnrad (16) abgeleitet wird, das auf der Arbeitsspindel (15) sitzt, daß die Zählung der Impulse induktiv erfolgt.