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Steuereinrichtung für Werkzeugmaschinen der spanabhebenden Bearbeitung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zur spanabhebenden Bearbeitung mit
mindestens drei verschiedenen Gliedern, die derartig ausgebildet und angeordnet
sind, daß sie dem Logarithmus einer Rechengröße entsprechende Verstellbewegungen
ausführen.
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Die Erfindung bezweckt eine einfache und sichere Steuerung einer Arbeitsgröße
an einer Werkzeugmasch,ine, die sich auf Grund eines Rechenvorgangs ergibt. Die
Erfindung besteht darin, daß mindestens zwei den Ausgangsgrößen des Reeh.envorgangs
zugeordnete Glieder über ein Ausgleichsgetriebe die Stellung eines dritten, die
Steuerung der Maschine bewirkenden Gliedes bestimmen, wobei die drei entsprechenden
Glieder des Ausgleichsgetriebes dem Logarithmus der Rechengrößen entsprechende Verstellbewegungen
erfahren.
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Mit Hilfe dieser Anordnung erzielt man eine zwangläufige Abhängigkeit
der Bewegungen zwischen den Gliedern. Infolgedessen kann man jede einzelne der den
Steuervorgang beeinflussenden Größen an stufenlos einstellbaren Teilungen in feststehenden
Fenstern ablesen. Die Ausgangsgrößen, aus denen sich die zu steuernde Größe ergibt,
lassen sich durch von Hand einstellbare Glieder einstellen. Das Steuergerät wird
noch dadurch verbessert, daß die Glieder für die Ausgangsgrößen des Rechenvorgangs
mit denjenigen
Gliedern .der Werkzeugmaschine in Verbindung gebracht
werden, mit welchen diese Ausgangsgrößen an der Maschine selbst eingestellt werden.
Die Arbeitsgrößen der Werkzeugmaschine wirken dadurch einzeln und selbsttätig auf
das Gerät ein, und das Steuerglied, - das .die gesamte Größe ausdrückt, wird selbsttätig
entsprechend eingestellt und bewirkt die entsprechende Steuerurig der Maschine.
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Für die Anwendung an Werkzeugmaschinen sind zwar schon Rechengeräte
mit logarithmischer Skalenteilung bekanntgeworden, die an den Maschinen angeordnet
b-zw. in Verbindung mit der Einstellung der Werkzeugmaschine gebracht wurden. Es
handelt sich hier aber nicht um Vorrichtungen, an welchen jeder einzelneAusgangswert
und die sich daraus ergebende Größe einzeln in stufenlosen Teilungen einstellbar
bzw. ablesbar sind.
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Für die Durchführung beliebiger Rechnungen sind auch schon Rechengeräte
mit Umlaufrädergetrieben vorgeschlagen worden. Diese Rechenvorrichtungen dienten-
jedoch nicht zur Steuerung der Maschinen. Es wurde auch schon vorgeschlagen, bei
Rechengeräten für spanabhebende Werkzeugmaschinen durch freies Einstellen von zwei
Rechengrößen selbsttätig eine dritte Rechengröße: abzulesen. Aber auch dieser (keine
logarithmische Skalenteilung vorsehende) Vorschlag bringt keine brauchbare Lösung.
Schließlich sind noch selbsttätige Anzeigegeräte für die Rechengrößen an spanabhebenden
Werkzeugmaschinen vorgeschlagen worden, die mit den Gliedern der Maschine verbunden
sind. Bei diesen selbsttätigen Anzeigegeräten, die auch mit logarithmischen Teilungen
arbeiten, fehlte aber die Möglichkeit, sämtliche Ausgangsgrößen unabhängig voneinander
auf das Anzeigegerät einwirken zu lassen, um dadurch ein Ergebnisglied gegenüber
einer ortsfesten Skala oder Steuereinrichtung so einzustellen, daß eine Ablesung
an festen Fenstern möglich wurde. Die bekannte Anzeigeeinrichtung ist deshalb für
Steueraufgaben ungeeignet.
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Demgegenüber kann man bei der Erfindung eine beliebige Zahl von Ausgangsgrößen
von Hand einstellen oder mit Gliedern der Maschine verbinden. Diese Ausgangsgrößen,
die in beliebiger Reihenfolge unabhängig voneinander einwirken können, bestimmen
dann die Größe des zu steuernden Wertes und verstellen das Steuerglied so, daß sich
die Maschine selbsttätig auf den Sollsteuerwert einregelt.
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Das Steuerglied dieser Einrichtung kann die Arbeitsgeschwindigkeit
der Maschine mittels einer bekannten Regelvorrichtung beeinflussen. Besonders zweckmäßig
ist diese Steuerung .bei allen Maschinen mit unter Last veränderlicher Arbeitsgeschwindigkeit,
insbesondere Maschinen mit stufenloser Regelung. Falls solche Maschinen mit einem
Getriebe ausgestattet sind, bei dem den Stellungen des die Übersetzung einstellenden
Bedienungsgliedes stets mit hinreichender Genauigkeit eine bestimmte Übersetzung
entspricht, ist die Anwendung besonders einfach. Die Zeichnung bringt" ein Ausführungsbeispiel
für die Erfindung.
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Fig. r -zeigt dabei einen Längsschnitt durch die Einrichtung und Fig.
2 eine Vorderansicht davon.
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Zum Verständnis des Steuergerätes nach diesen Figuren sei zunächst
der Drehzahlaufbau der Maschine, bei der dieses Steuergerät anwendbar ist, geschildert.
Dieser Drehzahlaufbau läßt sich erfindungsgemäß auch schon zur einfachen und genauen
Drehzahlanzeige unter Vermittlung mindestens eines zusätzlichen Ausgleichsgetriebes
im Steuergerät benutzen.
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Die Koppelung .des Steuergerätes mit einer in der Drehzahl geregelten
Werkzeugmaschine ist im Prinzip in Fig. i dargestellt. Die Drehzahl der Motorwelle
kann durch ein mit dem Hebel 62 (Eig. r) einstellbares Vorgelege im Verhältnis 1:4
oder x : 16 übersetzt werden. Die so erhaltenen Drehzahlen sind durch ein dahintergeschaltetes
und mit dem Hebel 64 einstellbares z. B. stufenloses Getriebe im Verhältnis r :
r bis i.: 4 regelbar. Auf diese Weise ist ein Drehzahlbereich von i : 16 - r '4=
1:64 erzielbar. -Das Steuergerät wird von den am Rahmen 65 der Werkzeugmaschine,
z. B. einer Drehbank, angeordneten Einstellhebeln 62 und 64 so beeinflußt, daß es
die Drehzahl der Maschine bzw. das zur Steuerung der Drehzahl dienende Glied in
die der tatsächlichen Drehzahl entsprechende Stellung bringt.
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Ein mit dem Hebel 62 des ersten Vorgeleges verbundenes Zahnrad 66
greift in ein Zahnrad 67, das mit einer biegsamen Welle 68 verbunden ist. Die biegsame
Welle 68 ist an eine Hülse 69 angeschlossen, die in dem Gehäuse 7o des Steuergerätes
drehbar ist und in dieses Gehäuse hineinragt. Innerhalb der Hülse 69 ist das linke
Ende einer Welle 71 drehbar, die in der Nähe ihres rechten Endes in einer Nabe 72a
der Scheibe 72 drehbar ist. Die Scheibe 72 -ist im Gehäuse 7o befestigt. Auf der
Hülse 69 ist ein Zahnrad 73 befestigt. Durch Einstellung des Hebels 62 wird daher
das- Zahnrad 73 gedreht.
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Auf der Welle 71 ist ein Kegelzahnrad 74 drehbar, in dem ein aus der
Welle 75 und zwei Umlaufzahnrädern 76, 77 bestehendes Umlaufrädergetriebe gelagert
ist. Das Kegelzahnrad 74 greift in ein Kegelzahnrad 78, das durch eine biegsame
Welle 79 mit einem am Maschinenrahmen 65 drehbaren Zahnrad 8o verbunden ist. In
das Zahnrad 8o greift ein mit dem Hebel 64 verbundenes Zahnrad 81. Wird daher der
Hebel 64 verstellt, so wird das Kegelrad 74 gedreht. Mit der Achse 64a kann z. B.
eine Servosteuerung zur Einstellung der Übersetzung eines stufenlosen Getriebes
gekuppelt sein.
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Das Zahnrad 76 des von dem Kegelrad 74 getragenen Umlaufrädergetriebes
75, 76, 77 greift in das vorher erwähnte Zahnrad 73. Das Zahnrad 77 greift in ein
Zahnrad 82, das auf einer auf der Welle-7i drehbaren Hülse 95" (befestigt ist. Auf
der Hülse 95" sind außerdem eine Scheibe 96 und ein Zahnrad 97 befestigt.
Auf der Scheibe 96 ist
die Drehzahlteilung 98 (Fig. 2) vorgesehen.
Auf der Welle 71 ist ferner ein Kegelzahnrad 99 drehbar, das mit der Durchmesserteilung
ioo (Fig. 2) versehen ist. In dem Kegelzahnrad 99 ist ein weiteres aus der Welle
ioi und den Umlaufzahnrädern io2 und 103 bestehendes Umlaufrädergetriebe gelagert.
Das Kegelzahnrad 99 greift in ein Kegelzahnrad 104. Das Kegelzahnrad 104 könnte
unmittelbar durch einen außerhalb des Gehäuses 70 angeordneten Einstellknopf gedreht
werden, um so die Lage des mit der Durchmesserteilung ioo versehenen Kegelzahnrades
99 zu bestimmen. In diesem Falle erfolgt die Einstellung des Kegelzahnrades 99 entgegen
der Wirkung eines nicht dargestellten, beispielsweise federbeeinflußten Bremsgliedes.
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Bei der dargestellten Ausführungsform werden jedoch die Kegelzahnräder
99 und 104 in Abhängigkeit von der Einstellung des Supports der Arbeitsmaschine
eingestellt. Das Kegelzahnrad 104 ist zu diesem Zweck mittels einer biegsamen Welle
io5 mit einem am Maschinenrahmen drehbaren Zahnrad io6 verbunden.
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Das Zahnrad io6 greift in ein Zahnrad 107, das am linken Ende einer
Welle io8 befestigt ist. Die Welle io8 ist am rechten Ende unter Vermittlung eines
logarithmischen Kurvengetriebes 124 mit dem linken Ende einer Welle 125 verbunden.
In der Nähe des rechten Endes der Welle 125 ist auf dieser Welle ein Zahnrad iog
angebracht. Auf dem rechten Ende der Welle 125 ist ferner eine Einstellscheibe i
io frei drehbar, die unter der Einwirkung von Bremsfedern 123 steht. In der
Scheibe iio ist die Welle i i i eines Umlaufrädergetriebes i i i, i 12, 113 gelagert.
Das Umlaufzahnrad 112 greift in das Zahnrad io9. Das Umlaufzahnrad 113 greift in
ein Zahnrad 114, das auf einer Welle 115 befestigt ist. Durch die radiale Einstellung
des nicht dargestellten Supports der Arbeitsmaschine wird die Welle 115 gedreht.
Unter Vermittlung des vorher beschriebenen Getriebes wird die ,der radialen Bewegung
des Supports entsprechende Drehung der Welle 115 auf das mit der Durchmesserteilung
ioo versehene Kegelrad 99 übertragen.
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Da jedoch die Lage der Drehstahlspitze zum Support je nach der Einspannung
des Drehstahls veränderlich ist, ist einer bestimmten Supportstellung nicht ein
entsprechender Arbeitsdurchmesser unveränderlich zugeordnet. Mit Rücksicht hierauf
ist .die das Umlaufrädergetriebe i i i, 112, 113 tragende Scheibe iio vorgesehen.
Diese Scheibe wird auf einen der Einspannung des Stahls im Support entsprechenden
Wert eingestellt. Durch Einstellung der Scheibe iio ist daher in einfacher Weise
der erforderliche Ausgleich für die verschiedenen Lagen des Stahls ermöglicht.
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Wie oben beschrieben, trägt das mit der Durchmesserteilung ioo versehene
Kegelrad 99 das Umlaufrädergetriebe ioi, 102, 103. Das Umlaufzahnrad io2 greift
in das bereits erwähnte Zahnrad 97. Das Umlaufzahnrad 103 greift in ein Zahnrad
116, das auf der Welle 71 befestigt ist. Auf der Welle 71 ist außerdem ein gleichzeitig
als Zeiger dienendes Steuerglied 117 angebracht, dem auf der Scheibe 72 die Schnittgeschwindigkeitsteilung
ii8 (Fig. 2) zugeordnet ist. Das Steuerglied 117 zeigt daher die Schnittgeschwindigkeit
an und kann dazu eine zeigerartige Spitze haben. Die Scheibe 72 ist mit Fenstern
ii9, i2o versehen, durch welche die Drehzahlteilung 98 bzw. die Durchmesserteilung
ioo sichtbar ist. Nach außen ist das Steuerglied 117 durch eine Glasscheibe 121
abgedeckt.
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Das Steuerglied 117 kann auch gleichzeitig zum Schalten einer Servosteuerung
dienen, mit der die Drehzahl der Arbeitsspindel geregelt wird.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Steuereinrichtung sei zunächst
kurz der Rechenvorgang erläutert.
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In das Gerät werden die beiden Faktoren Durchmesser und Drehzahl eingeleitet.
In dem Gerät wird dadurch das Produkt, die Schnittgeschwindigkeit, errechnet. Zu
diesem Zweck werden die Stellungen der Hebel 62 und 64, von welchen die Drehzahl
abhängig ist, über das Umlaufrädergetriebe 75, 76, 77 auf das Rad 82, die Büchse
95, und die Scheibe 96 so übertragen, daß die Stellung der Scheibe 96 der Drehzahl
entspricht. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß die Welle 64" bei Drehungen um gleiche
Winkelbeträge eine prozentuale gleiche Steigerung oder Minderung der Spindeldrehzahl
bewirkt. Es wird ferner vorausgesetzt, daß der Winkelweg des Hebels 62 zwischen
den Vorgelegeübersetzungen i : i und 1 : 4 b:zw. 1 : 4 und i : 16 gleich groß ist.
Die Übersetzung des Winkelweges von Hebel 62 bis zur Welle 95" bzw. der Scheibe
96 ist so gewählt, daß die Verstellung von der Vorgelegeübersetzung i : i in diejenige
1 : 4 die Drehung der Scheibe 96 um denselben Winkelweg bewirkt, wie sie durch die
Drehung der Welle 64a hervorgrufen wird, wenn sich die Welle aus der einen Grenzstellung
für die größte Übersetzung in die andere Grenzstellung für die kleinste Übersetzung
verdreht. Die Scheibe 96 kann daher mit einer logarithmischen Drehzahlteilung 98
versehen werden.
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Vorstehend war schon geschildert, wie die Verstellung des Supports
bzw. die Einspannung des Stahls im Support über das Urnläufrädergetriebe io9, i
io, 111, 112, 113, 114 und den logarithmischen Kurventrieb 124 sowie die nachgeschalteten
Übertragungsglieder auf das Kegelrad 99 so einwirken, daß es dem Logarithmus des
Durchmessers entsprechende Verstellbewegungen erfährt. Über den Umlaufrädertrieb
97, 101, 1O2, 103 und 116 werden die Verstellbewegungen der die Drehzahl
berücksichtigenden Scheibe 96 und des den Durchmesser berücksichtigenden Kegelrades
99 so summiert, daß die Verstellung des Steuergliedes 117 gegenüber der logarithmischen
Teilung 118 die Ablesung der Schnittgeschwindigkeit gestattet. Die Stellung des
gegebenenfalls als Kontaktfinger zur Schaltung einer Servosteuerung ausgebildeten
Steuergliedes 117 entspricht also der Schnittgeschwindigkeit. Durch willkürliche
Verstellung des Steuergliedes lassen sich z. B. über eine Servosteuerung verschiedene
Schnittgeschwindigkeiten einstellen.
Unterschreitet die tatsächliche
Schnittgeschwindigkeit die vorgeschriebene Schnittgeschwindigkeit, so schaltet das.
Steuerglied 117 den Servomotor ein. Der Servomotor erhöht darin die Drehzahl des
Motors der Arbeitsspindel. Dies geschieht so lange, bis die gewünschte Sollgeschwindigkeit
erreicht ist.
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Wird nun während des Arbaitsvorgan@gs beispielsweise der-Arbeitsdurchmesser
erhöht, so bewirkt die hierfür erforderliche Verstellung des Supports -eine entsprechende
Verstellung des Kegelrades 99 und die Einstellung .des Steuergliedes 117 auf eine
-entsprechend höhere Schnittgeschwinddgkeit. Die Drehzahl der Arbeitsspindel fällt
dadurch über den von dem Steuerglied 117 geschalteten Servomotor entsprechend ab.
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Diese Steuerung läßt sich bei Werkzeugmaschinen z. B. auch folgendermaßen
anwenden: Man baut das gesamte im Kasten 7o eingeschlossene Gerät sehr kräftig,
stellt die zur Schnittgeschwindigkeits-Anzeige dienende Welle 71 in -einer der gewünschten
Schnittgeschwindigkeit entsprechenden Lage fest und verstellt dadurch zwangläufig
über die Umlaufrädergetriebe .des Gerätes die Welle 79 und damit den Hebel 64 auf
die Übersetzung, die je nach .dem Durchmesser für die vorgeschriebene Schnittgeschwindigkeit
die richtige Spindeldrehzahl gibt: Bei Änderung des Spindeldurchmessers wird dann
ohne Zuhilfenahme eines Servomotors der Drehzahlregler 64 entsprechend verstellt.
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Andererseits kann man die Maschine natürlich auch halbselbsttätig
steuern, indem man das Kegelrad 104 nicht mehr vom Support der Maschine aus, sondern
durch einen kleinen Handgriff verstellt. Mit diesem Handgriff stellt man dann den
Drehdurchmesser und mit einem weiteren Handgriff die gewünschte Schnittgeschwindigkeit
ein. Die Steuereinrichtung stellt dann mit dem Servomotor von sich aus die richtige
Drehzahl ein.