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Steuereinrichtung für Werkzeugmaschinen u. dgl., insbesondere für
Wuchtausgleichmaschinen
Moderne Auswuchtmaschi1lell stellen Lage und Größe der Unwucht
eines rotierenden Werkstückes durch elektrische Hilfsmittel selbsttätig fest. Als
Meß- und Anzeigegerät dient hierbei im allgemeinen ein hochempfindliches Wattmeter.
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Seine Anzeigen bilden die Grundlage für die Unwuchtausgleichsbearbeitung
an dem auf Unwucht untersuchten Werkstück. Wuchtausgleichmaschinen sind infolgedessen
kombinierte Auswucht- und Werkzeugmaschinen.
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Nach einem älteren, jedoch nicht zum Stand der Technik hinsichtlich
dieser Erfindung gehörigen Vorschlag werden die Wattmeterausschläge in elektrische
Impulse verwandelt und für die selbsttätige Steuerung der Ausgleichsbearbeitung
benutzt. Jeder Impuls hat dabei den Wert eines bestimmten Unwuchtbetrages in cmg.
Die praktische Ausführung einer selbsttätigen Steuerung der Ausgleichsbearbeitung
nach den Wucbtfehleranzeigen eines Meßgerätes sieht die Übertragung der elektrischen
Impulse auf ein Relais vor, das durch die Impulse schrittweise geschaltet wird.
Das Relais nimmt zuerst die Impulse der umgewandelten Wattmeteranzeige und dann
Impulse vom Unwuchtbearbeitungsvorgang auf. Während der ersten Impulsreihe entfernt
sich das Relais von seinem Nullpunkt.
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Durch die zweite Impuls reihe wird es zu seinem Nullpunkt zurückgeführt,
bei dessen Erreichen der Bearbeitungsvorgang endet. Es ist hierbei zu beachten,
daß den Wattmeterausschlägen je Teilstrich stets der gleiche Unwuchtbetrag zukommt,
die Impulszahl also linear mit der Wuchtfehleranzeige wächst bzw. abnimmt. Die Unwuchtbeträge
(cmg) andererseits stehen meist in nichtlinearem Verhält-
nis zu
dem die Ausgleichsbearbeitung charakterisierenden Wert, wie z. B. der Bohrtiefe
in mm. Den Zusammenhang dieser Größen läßt Abb. 1 der Zeichnung erkennen, in der
zur Ordinate »Unwucht in cmg« rechts Wattmeteranzeigen, links Materialentfernung
durch Bohren in radialer Richtung als »mm-Bohrtiefe« ins Verhältnis gesetzt sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, die geeignet sind,
die Steuerung des Arbeitsganges von Werkzeugmaschinen, insbesondere der Unwuchtausgleichsarbeit
zu verbessern. Die Verbesserung besteht darin, daß der Arbeitsgang auch bei nichtlinearem
Zusammenhang zwischen den die Arbeit steuernden Impulsen und dem die ausgeführte
Arbeit charakterisierenden Wert, wie dem Werkzeugvorschubweg, selbsttätig durchgeführt
werden kann.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugvorschubweg oder ein anderer, die ausgeführte Arbeit charakterisierender
Wert durch einen von dem im Arbeitsgang befindlichen Werkzeug betätigten Stromunterbrecher
bestimmt wird, dessen Stromimpulse ein voreinstellbares Schrittschaltwerk von seinem
Einstellwert bis zu seinem Nullpunkt bewegen, bei dessen Erreichen ein Impuls zum
Unterbrechen des Werkzeugvorschubes entsteht. Als praktisches Anwendungsbeispiel
für die Erfindung wird eine Einrichtung zur Unwuchtausgleichsbearbeitung geschildert.
Darin liegt keine Begrenzung des Anwendungsgebietes und der Anwendungsmöglichkeit
der Erfindung. Zum Zwecke einer Unwuchtausgleichsbearbeitung kann die Skala eines
Unwuchtgrößenmeßgerätes, z. B. eines wattmetrischen Instrumentes, in cmg linear
geteilt sein.
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Jedem Teilstrich ist eine bestimmte Anzahl derjenigen Impulse zugeordnet,
welche die der Skaleneichung entsprechende Unwuchtausgleichsbearbeitung steuern.
Diese Impulssteuerung soll erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Arbeit des Werkzeuges
für die Ausgleichs arbeit erst dann erfolgen, wenn das Werkzeug auf dem Wuchtkörper
angelangt ist und seine Arbeit beginnt. Ein Bohrwerkzeug z. B. entfernt aus dem
Werkstück Material entsprechend seinem Bohrerquerschnitt. Die Bohrerspitze ist aber
kegelförmig, ihr Anteil am Unwuchtausgleich also nicht derselbe wie der des Bohrerschaftes
mit unveränderlichem Querschnitt.
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Zwischen der Bohrtiefe und dem abzubohrenden Ausgleichsbetrag (cmg)
besteht deshalb ein Zusammenhang, wie ihn das untere Ende der linken Kurve in Abb.
I zeigt. Für eine derartige Nichtlinearität genügt es, wenn das Werkzeug, im gewählten
Beispiel die Bohrerspitze, erst an der Ausgleichsstelle um ein gewisses Maß in das
Werkstück eindringt, ehe die selbsttätige Steuerung durch Impulsgabe seitens des
im Arbeitsgang befindlichen Werkzeuges beginnt. Um dies zu erreichen, wird in die
Unwuchtausgleichsbearbeitung erfindungsgemäß ein Verzögerungsmechanismus eingeschaltet.
Sobald eine lineare Charakteristik (mittlerer Teil der linken Kurve in Abb. I) für
die weitere Bearbeitung zugrunde gelegt werden kann, bleibt die Steuerung und Begrenzung
der Unwuchtausgleichsbearbeitung einem Schrittschaltrelais überlassen, das für eine
bestimmte Anzahl von Impulsen eine linear entsprechende Ausgleichsbearbeitung zuläßt.
Dieses Schrittschaltrelais wird erfindungsgemäß auf eine einem bestimmten Arbeitsergebnis
entsprechende Steuerschrittzahl vorher. z. B. von Hand oder durch Impulsgeber in
Form von Tastenschaltern u. dgl., eingestellt.
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Abb. 2 der Zeichnung zeigt für diese Aufgaben und Mittel als Beispiel
eine selbsttätige Steuereinrichtung an einem Bohrwerk. das Unwuchtausgleichsarbeit
verrichten soll.
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Der Bohrer 33 eines Bohrwerkes ist in seiner Pinole 602 verschiebbar
angeordnet, damit er den durch Verändern der Federbelastung 6I5 justierbaren Druckkontaktschalter
23I beim Auftreffen der Bohrerspitze auf das zu bearbeitende Werkstück schließen
kann. Die Federbelastung wird erfindungsgemäß so gewählt, daß die Bohrerspitze erst
um ein bestimmtes Maß in das Werkstück eindringt, ehe der Bohrvorgang durch die
Impulssteuerung überwacht wird. Diese Maßnahme läßt die von einem Schrittschaltrelais
zur Verfügung gehaltenen Steuerschritte nur für die Materialbeseitigung durch den
vollen Bohrerquerschnitt verwenden.
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Der Motor 605, der über den Schalter 6I4 Strom erhält, besorgt mittels
Zahnstange 603 und Ritzels 604 den Bohrervorschub. Nach Auftreffen auf dem Werkstück
und Erreichen des durch die Kraft der Feder 6I5 bestimmten Bohrdruckes verschiebt
der Bohrer 33 mittels des Tellers 60I die Feder 6I5 und das auf dem Teller befestigte
Kontaktstück des Schalters 231, bis der Kontakt geschlossen ist.
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Dadurch kommt der Schalter 607 unter die Spannung des Stromkreises
(+)58 bis (->64, den das Ritzel 604 mit Hilfe des Unterbrechernockens 606 oder
einer ähnlichen Vorrichtung ständig schließt und öffnet. Dadurch werden nach Anzahl
und Häufigkeit regelbare Schaltimpulse erzeugt. go ist die Spule und 608 der Fortschaltmechanismus
eines Schrittschaltrelais. Die Arbeitsbewegung des Bohrers veranlaßt also Impulse,
die den Fortschaltmechanismus 608 betätigen und das Schrittrad 608 a entsprechend
weiterdrehen. Damit die Anzahl der Schritte, die die Bohrerbewegung hervorruft,
genau auf das Maß begrenzt bleibt, das die Unwuchtanzeige für den Unwuchtausgleich
durch Materialentfernung verlangt, ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen. Sie
besteht aus dem Schaltarm 6I3 am Schrittschaltrelais, der eingestellt werden kann,
z. B. von Hand durch das Rändelrad 6I2, und die Kegelradübersetzung 6II mit Skalenscheibe
6Io zum Ablesen der vorgenommenen Einstellung und aus dem Nullpunktkontakt 609.
Die Einstellung des Schaltarmes 6I3 geschieht nach der cmg-Anzeige des Wattmeters.
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Die Steuereinrichtung arbeitet wie folgt. Nach dem Ablesen der Wattmeteranzeige
ist durch die Einstellvorrichtung 6I2 der Schaltarm 6I3 in die Lage 6I3 gebracht
und damit der Nullpunkt-
kontakt 609 geschlossen worden, den der
Schaltarm 6I3 in seiner Nullstellung offenhält. Vom Pluspol 58 verläuft jetzt ein
Stromkreis über Spule A, Kontakt 609 zum Minuspol 64. Die Lage 6I3 des Schaltarmes
entspricht der Anzeige des Wattmeters von u cmg und gestattet dem Bohrwerkzeug,
i Impulse auf das Schrittschaltwerk zu übertragen, ehe dessen Nullpunktlage erreicht
und damit der Bohrvorgang durch Öffnen des Kontaktes 609 beendet wird. An der Skala
6Io kann man den eingestellten Wert (u) ablesen. Der Schalter 6I4 für den Vorschubmotor
6o5 ist jetzt einschaltbar, der Motor bewegt den Bohrer zum Werkstück wie beschrieben.
Nach Auftreffen des Bohrers auf dem Werkstück schließt sich der Druckkontaktschalter
23I, der seinerseits den Stromkreis der Leitung 58, Spule go, Unterbrecherkontakt
607 zum Minuspol schließt. Nunmehr werden so viele und so rasch aufeinanderfolgende
Impulse, wie der gewählten Umdrehungszahl des Nockens 606 entsprechen, durch die
Vorwärtsbewegung des Bohrers 33 erzeugt. Die Impulse schalten das Schrittschaltrad
608a des Relais so lange, bis der Arm 613 den Kontakt 609 erreicht und öffnet. Damit
wird der Stromkreis der Spule A unterbrochen. Der Kontakt 6I4 öffnet sich, und der
Vorschubmotor 605 wird stromlos. Die Ausgleichsarbeit ist damit schlagartig beendet.
Sie entspricht genau der cmg-Anzeige des Anzeigegerätes.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen ein Beispiel für eine selbsttätige Ausgleichsvorrichtung,
die die Tatsache linearer Wuchtfehleranzeige und nichtlinearer Veränderung des Unwuchtbetrages
beim Unwuchtausgleich auch in schwierigeren Fällen, wie z. B. beim radialen Bohren,
selbsttätig berücksichtigt. Zu diesem Zweck wird die vom Werkzeug während seines
Arbeitsganges veranlaßte Impulsfolge, etwa entsprechend dem Kurvenverlauf in Abb.
I links, umgewandelt, damit sie die Wirkung einer während der Ausgleichsarbeit nichtlinear
sich verändernden Größe, wie des Ausgleichsradius heim radialen Bohren, kompensiert.
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Die Impulsübertragung, die das Schrittschaltrelais von seinem Einstellwert
bis zum Nullpunkt führt, geschieht erfindungsgemäß in genauer Abhängigkeit vom Werkzeugarbeitsgang
und der dabei erfolgenden Werkstückbearbeitung. Teile dieser neuen Einrichtung,
die mit denen der Abb. 2 übereinstimmen, haben dieselben Bezugszeichen wie dort
erhalten.
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In das gewuchtete Werkstück 640 soll zum Unwuchtausgleich ein Loch
64I (Abb. 4) radial gebohrt werden. Die Materialbeseitigung am Werkstück während
des Bohrvorganges ist der Anschaulichkeit wegen in einzelne Schichten aufgeteilt,
von denen die Schichten x, y und z die Schwerpunktabstände x', y' und z' von der
Werkstückdrehachse besitzen. Daraus wird ersichtlich, daß der Bohrer während seines
Arbeitsganges dem Werkstück zwar gleichbleibende Materialmengen entnimmt, der Unwuchtbetrag
aber entsprechend dem von x' bis z' sich ändernden Ausgleichsradius beeinflußt wird.
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Infolgedessen muß, wenn die Impulse aus der Anzeige der Unwuchtwerte
am Wattmeter entsprechend dem linearen Verlauf dieser Anzeige in ein Schrittschaltrelais
übergeführt werden, die Steuerung mit Hilfe der Impulse, die das Schrittschaltrelais
zu seinem Nullpunkt zurückführen, dem Ausgleichsbearbeitungsvorgang angepaßt werden.
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Der Schalter 231 ist, zum selben Zweck und in der gleichen Weise,
federbelastet in die Bohrspindel 602 eingebaut, wie in Abb. 2. Der Schalter 607
wird während des Bohrvorschubes durch den Nocken 606 betätigt und gibt, nachdem
der Druckkontakt 23I eingeschaltet worden ist, Stromimpulse an die Spule 633 eines
neuen Ausgleichsrelais ab. Auf die Achse dieses Relais sind, außer dem Fortschaltmechanismus
633«, 633 b, eine Nockenscheibe 631, deren Nockenteilung einem Kurvenverlauf, z.
B. dem in Abb. I links dargestellten, entspricht, und eine Rückführkontakteinrichtung
627, 628 angeordnet. Die Impulse des Schalters 607 treiben den Fortschaltmechanismus
an, der die Nockenscheibe 63I dreht. Der Schalter 632, der aus der Plusleitung 58
Strom entnimmt, wird von den Nocken betätigt und gibt Impulse an die Spulengo eines
Schrittschaltrelais mit Fortschaltmechanismus 6o8 wie in Abb. 2 ab. Dieses Schrittschaltrelais
ist wiederum, z. B. mittels des Stellrades 6I2, voreinstellbar und wird von dem
im Arbeitsgang befindlichen Bohrer 33 so lange geschaltet, bis der Schalter 609
sich öffnet und den Bohrervorschub abschaltet.
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Dieser Vorgang wurde für die Einrichtung nach Abb. 2 ausführlich geschildert.
Die Bohrerarbeit wird also von der Nockenscheibe 63I im Sinne der Kurve in Abb.
I links gesteuert.
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Wenn das Schrittschaltrelais (6I3) seinen Nullpunkt erreicht hat,
dann ist der Kontakt 625 geschlossen. Über Leitung 58, Schalter 625, Leitung 626,
den Schleifkontakt 627, den Schleiffinger 628 der Rückführeinrichtung, Leitung 629
und Unterbrecher 630 erhält die Spule 633 des Ausgleichsrelais erneut Strom. Der
Anker dieses Ausgleichsrelais wird angezogen und der Schalter 630 geöffnet. Gleichzeitig
wird die Nockenscheibe 63I um einen Schritt weitergeschaltet. Nach dem Prinzip des
Wagnerschen Hammers schaltet sich das Ausgleichsrelais so lange selbst, bis der
Schleiffinger 628 den Schleifring 627 verlassen und die Nockenscheibe 63I wieder
in ihre mit dieser Fingerstellung übereinstimmende Nullstellung gelangt ist.