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Programmsteuerung von Werkzeugmaschinen Es sind Programmsteuerungen
von Werkzeugmaschinen bekanntgeworden, bei denen der gesamte Arbeitsablauf sich
aus einer Reihe von einzelnen Arbeitsschritten zusammensetzt und durch geeignete
Programmwählschalter die Maschinenbewegungen für jeden einzelnen Arbeitsschritt
vorher eingestellt werden können. Als Arbeitsbewegungen kommen dabei nicht nur einfache
Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen in Betracht, sondern man bemüht sich, zur rationelleren
Ausnutzung der Maschine von Fall zu. Fall mit größerer Bewegungsgeschwindigkeit
zu arbeiten, wenn es sich darum handelt, über eine große Strecke das Werkzeug an
das Werkstück heranzubringen, ehe die eigentliche Bearbeitung des Werkstückes einsetzt.
Auch bei der Rückführung des Werkzeuges kann man sich höherer Geschwindigkeiten
bedienen, um damit Totzeiten zu verkürzen. Andererseits kommen zum Bearbeiten selbst
Geschwindigkeiten in Frage, die entsprechend geringer sind, und weiterhin kommt
es auch darauf an, gegebenenfalls mit verminderter Geschwindigkeit arbeiten zu können,
wenn man das Werkzeug bzw. Werkstück in eine genau definierte Lage zu bringen hat,
die bei zu schneller Maschinenbewegung unter Umständen überfahren werden könnnte.
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Bei Programmsteuerungen hat man die Auslösung des nächstfolgenden
Programmschrittes vielfach mit Hilfe von Endschaltern oder ähnlichen Einrichtungen
eingeleitet. Eine bekannte Steuerung sieht dabei die Abgabe neutraler Steuerimpulse
vor, die von einem oder mehreren an der Maschine angebrachten Endschaltern abgegeben
werden, wobei diese neutralen Steuerimpulse jeweils auf ein Schrittschaltwerk arbeiten,
welches dadurch eine Stufe weiterschaltet. Die nächste Schaltstufe bewirkt dann
über das eingangs geschilderte Wahlschaltersystem den Ablauf des nächsten Arbeitsschrittes.
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Weiterhin hat man auch mit einer Vielzahl von Nocken gearbeitet, die
auf einer tafelförmigen Steuerplatte einstellbar angeordnet sind und mit Endschaltern
zusammenwirken, um bei komplizierten Werkstückbearbeitungen jeweils eine Umsteuerung
der Maschinenbewegung an bestimmten Stellen vorzunehmen. Diese Steuerungsart wird
um so komplizierter und aufwendiger, je mehr Arbeitsgänge erforderlich sind und
je größer die Anzahl der lokal zu bearbeitenden Stellen am Werkstück ist. Wenn darüber
hinaus noch Bewegungen nicht nur in einer Dimension, sondern auch quer dazu vorgenommen
werden müssen, werden diese Schwierigkeiten noch größer. So muß beispielsweise bei
der Bearbeitung von besonderen Werkstückflächen der Fräser bzw. der Werkstückschlitten
bei den üblichen Programmsteuerungen der letztgenannten Art während eines Programmablaufes
mehrmals die Bewegung von quer auf längs und von Eilgang auf Vorschub vor und zurück
und in umgekehrter Folge verändern, so daß eine Anbringung der hierzu erforderlichen
sehr hohen Anzahl von Nocken mit den zugehörigen Endschaltern für quer und längs
am Schlitten räumlich nur sehr schwer möglich ist. Außerdem wird die Steuerung mit
der Programmvorwahl sehr umfangreich, da beim Hin- und Herfahren bei Quer- und Längsbewegungen
immer wieder die gleichen Nocken auf demselben Lineal angefahren werden.
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Zur Bearbeitung von Werkstücken in zwei oder drei Dimensionen sind
auch die sogenannten Fühlersteuerungen bekanntgeworden, wobei entweder der Umriß
oder die Oberbäche .einer Musterschablone zeilenweise mit Hilfe eines Fühlers abgetastet
wird. Als Testeinrichtungen werden in der Regal Mehrstellungsfühler verwendei, wobei
entsprechend der Größe der Auslenkung der Fühlerspindel Kontakte geschlossen werden.
Den einzelnen Kontakten sind hierbei ganz bestimmte Bewegungs- und Schaltvorgänge
fest zugeordnet. Derartige Fühlersteuerungen arbeiten zwar sehr genau, erfordern
aber einen ganz erheblichen Aufwand. Außerdem lassen sich damit Arbeiten, wie sie
eingangs beschrieben sind, gar nicht ausführen, weil der Fühler stets nur einer
Kontur züa folgen vermag. Ferner ist auch die Möglichkeit einer Umschaltung von
Vorschub auf Eilgang und umgekehrt nicht vorgesehen.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Steuerung von Werkzeugmaschinen
nach einem vorgegebenen wählbaren Programm, bei der nach Vollendung eines Arbeitsschrittes
mit der Maschine verbundene Endschalter durch Nocken auf einer tafelförmigen Steuerplatte
betätigt werden und dadurch selbsttätig der nächstfolgende Arbeitsschritt eingeleitet
wird. Sie
überwindet die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten und
löst die Aufgabe einer Steuerung von Maschinenbewegungen in wesentlich einfacherer
und betriebssicherer Weise dadurch, daß für Maschinenbewegungen in zwei Dimensionen
ein einziger Endschalter von Nocken lediglich an den Umsteuerstellen der Steuerplatte
betätigt wird und neutrale Steuerimpulse abgibt, durch die in an sich bekannter
Weise jeweils der nächstfolgende über eine Vorwähleinrichtung (Wahlschalter) vorbestimmte
Arbeitsschritt eingeleitet wird.
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An Stelle eines bewegten Endschalters und einer feststehenden Steuerplatte
kann man naturgemäß auch einen feststehenden Endschalter bei bewegter Steucrplwtt°
vorsehen. Die Platte kann an geeigneter Stelle der Maschine untergebracht sein und
bei Programmänderung ganz oder zum Teil ausgetauscht werden. Der Endschulter kann
an einem Auslegerarm des Schlittens so angebracht werden, daß er alle Bewegungen
desselben mitmacht. Bei jeder Impulsgabe des Endschalters wird die nächstfolgende,
an einem System von Wahlschaltern od. dgl. vorgewählte Bewegungsart eingeleitet.
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Die Steuerplatte kann mit einer Vielzahl von Öffnungen zum beliebigen
Einsetzen von Nocken versehen sein. Auf diese Weise kann man eine gegebenenfalls
erforderliche Änderung des Programms rasch herbeiführen. Durch die Anordnung der
Nocken auf einer Fläche werden diese der Reihe nach in Übereinstimmung mit den Umschaltpunkten
des Fräsers oder sonstigen Werkzeugs auf dem Werkstück angefahren. Man kann dabei
eine solche Anordnung der Nocken treffen, daß jede bei einem vollständigen Arbeitsgang
nur einmal von Endschaltern berührt wird. Dadurch, daß man ein wiederholtes Anfahren
von Nocken vermeidet, kann man die Anzahl der Vorschubwahlschalter und der Schaltgeräte
beträchtlich herabsetzen. Weiterhin wird durch Wegnahme der Endschalter an kritischen
Stellen der Maschine die Betriebssicherheit erhöht.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Zeichnung zeigt an Hand eines Ausführungsbeispiels die Wirkungsweise der Erfindung
in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich darum, komplizierte
Ausfräsungen am Gestell einer Schreibmaschinenplatte od. dgl. vorzunehmen. Das Werkstück
ist dabei mit 1 bezeichnet, das Werkzeug wird durch den Fräskopf 2 versinnbildlicht.
Am Werkstück 1 ist eine Anzahl von Bearbeitungsstellen durch umrandete schraffierte
Darstellungen veranschaulicht, die der Reihe nach alle vom Fräserkopf 2 erreicht
werden müssen.
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Dem Bearbeitungsfeld des Fräskopfes 2 entspricht nun das Steuerfeld,
in welchem sich die Steuerplatte befindet. An einem Arm des Maschinenschlittens
ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter Endschalter angebracht, der alle Bewegungen
des Schlittens mitm echt, um die auf der Steuerplatte aufgesteckten Necken der Reihe
nach abzutasten. Der Einfachheit halber ist die Steuerplatte in die Darstellung
des Werkstückes mit einbezogen und durch die gestrichelte Linie 3 als äußere Umrandung
versinnbildlicht. Da somit Maschinenbewegungen und Endschalterbewegungen miteinander
übereinstimmen, kann diese übersichtliche Darstellungsweise benutzt werden.
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Bei großen Maschinenbewegungen wird es zweckmäßig sein, eine Untersetzung
der Endschalterbewegung vorzusehen, um damit die Abmessungen der Steuerplatte entsprechend
verringern zu können. Diese Verkleinerung in einem bestimmten Maßstab kann naturgemäß
nur so weit getrieben werden, wie dies im Interesse der Genauigkeit der Bearbeitung
statthaft ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel setzt sich ein Arbeitsgang
aus vierundzwanzig einzelnen Arbeitsschritten zusammen. Es ist daher eine entsprechende
Anzahl von Nocken auf der Steuerplatte anzubringen. Bei Notwendigwerden einer höheren
Anzahl von Bearbeitungsschritten muß naturgemäß die Anzahl der zu setzenden Nocken
erhöht werden. Voraussetzung für eine solche Betriebsweise ist allerdings ein ausreichender
Umfang des Wahlschaltersystems, so daß für jeden Arbeitsschritt auch das entsprechende
Programm einstellbar ist. Dabei können aber noch insofern Vereinfachungen getroffen
werden, als stets wiederkehrende Arbeitsabläufe zuammengefaßt werden können und
sich das Wahlschaltersystem nur darauf beschränkt, die allgemeinen Schaltkommandos
weiterzuleiten, wobei dann die für die allgemeinen Schaltkommandos notwendigen Einzelkommandos
wieder auf sekundäre Schaltergruppen übertragen werden. Dies bedeutet z. B., daß
man, von einer Nullstellung abgesehen, mit acht Vorwahlstellungen auskommt, wenn
man eine Bearbeitung in zwei Dimensionen wünscht. So können zwei Stellungen für
»Vorschub längs« vorgesehen sein, und zwar einmal für vorwärts und einmal für rückwärts.
Zwei weitere Stellungen entsprechen dann dem jeweiligen »Eilgang« in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung längs. Dann wird man weiterhin ein »Anfahren längs« vor und zurück
wählen, wobei man hierunter z. B. eine Betriebsweise im Schleichgang bis zum Erreichen
einer genau definierten Stellung verstehen kann. Schließlich kommt noch der »Vorschub
quer« in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in Frage, wobei man aber meist von »Eilvorschub«
und »Anfahren« absehen kann.
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Es kann, wie gesagt, genügen, wenn zunächst nur diese Kommandos gegeben
werden, also beispielsweise »Vorschub längs vor«, wobei dann durch ein weiteres
System von Schaltern, Relais und Schützen die entsprechenden Kommandoausführungsmaßnahmen
getroffen werden. Diese können in üblicher Weise durch Polumschaltung des Antriebsmotors,
Getriebeumschaltung mit Hilfe von Magnetkupplungen, usw. erfolgen.
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Die Darstellung zeigt den Fräskopf 2 in Ausgangsstellung. Der erste
Arbeitsschritt, der mit a bezeichnet ist, verläuft bei der Darstellung in Pfeilrichtung
- in Wirklichkeit naturgemäß entgegengesetzt der jeweiligen Pfeilrichtung - bis
zum Punkt 4. Hier hat der Endschalter den ersten Nocken erreicht und veranlaßt die
Umschaltung der Maschinenbewegung gemäß der Linie b mit der Bewegungsart »Anfahren
längs vor«. Nun wird der Nocken 5 erreicht und durch das langsame Anfahren ein exaktes
Anhalten mit großer Genauigkeit bewerkstelligt. Hierauf folgt der Arbeitsgang c
mit der Bewegung »quer vor« bis zum Nocken 6. Es folgt nun die Bewegung d, »Anfahren
längs vor« bis zum Nocken 7. Hieran schließt sich die Bewegung »quer vor« e an,
wobei dann am Nocken 8 umgeschaltet wird auf »längs zurück« f. Vom Nocken 9 aus
geht die Bewegung »quer zurück« g zum Nocken 10, von hier aus »längs vor« h zum
Nocken Il und »quer zurück« i zum Nocken 12.
Es folgt nun wiederum
eine Maschinenbewegung mit »Eilgang längs zurück« j bis zum Nocken 13, von wo aus
bis zum Nocken 14 eine »Quer-Vorwärts«-Bewegung k erfolgt. Von hier aus erfolgt
eine Bewegung »längs zurück« l zum Nocken 15 und von dort aus auf derselben Bahn
wieder zurück im »Eilgang längs vor« m und n zu den Nocken 14 und
16. Es reihen sich hieran die weiteren Arbeitsabläufe o und - über den Nocken 17
- p an, wobei der Nocken 18 auf die Bewegung »Anfahren längs zurück« q umschaltet.
Vom Nocken 19 geht es dann in Arbeitsrichtung »quer zurück« r zum Nocken 20, von
hier aus »längs vor« s zum Nocken 21, »quer zurück« t zum Nocken 22, »längs
zurück« u zum Nocken 23, »Anfahren längs zurück v zum Nocken 24 und schließlich
»quer zurück« w in die Ausgangsstellung, welche durch den Nocken 25 bestimmt ist.
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Bei jedem Anfahren eines Nockens werden durch den Endschalter die
Impulse an die Steuerung weitergegeben und je nach der Stellung des Programm-Wahlschalters
wird auf eine entsprechende Bewegung geschaltet. Bei Betätigung des Endschalters
kann man eine zugehörige Lampe aufleuchten lassen, um somit den Arbeitsablauf übersehen
zu können. Die Ausgangsstellung kann durch Drücken eines zusätzlichen Endschalters
vom Auslegerarm fixiert werden. Eine geeignete Anzeigevorrichtung, z. B. eine Lampe,
die die Ausgangsstellung verdeutlicht, kann jeweils die Beendigung des gesamten
Arbeitsablaufs und die erneute Betriebsbereitschaft vor Augen führen.
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Die Ausgangsstellung kann durch Umstecken des Nockens je nach Programm
geändert werden. Außer dem Endschalter können noch Not-Endschalter für Quer- und
Längsgang vorgesehen sein.
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Vor dem Einschalten des Programmablaufes lassen sich die Wahlschalter
entsprechend den auf der Platte aufgesteckten Nocken einstellen. Beim Arbeiten im
Betrieb »Anfahren« kann man im Getriebe die entsprechende Magnetkupplung nach ihrer
Einschaltung mit einer Verzögerung von beispielsweise zwei Sekunden durch schwächere
Erregung auf ein geringeres übertragbares Drehmoment einstellen, wobei nach Ablauf
eines vorher eingestellten Zeitrelais eine Bremskupplung hinzugeschaltet und erst
nach weiteren 1 bis 2 Sekunden die Anfahrkupplung abgeschaltet wird, wodurch die
nächste Bewegung je nach Wahlschalterstellung einzuleiten ist. Das Zeitrelais wird
dabei etwas länger eingestellt, als der Weg ausmacht, so daß die Kupplung noch rutschen
kann.
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Bei Heranziehen der Steuerung zur Bearbeitung in drei Dimensionen
kann eine zusätzliche Steuerplatte vorgesehen sein. Es wäre aber auch möglich, daß
der Endschalter auf eine weitere Bewegungsstufe anspricht und auf der Steuerplatte
Nocken unterschiedlicher Höhe angebracht sind.