DE1917010A1

DE1917010A1 - Steueranlage fuer eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE1917010A1
Application number: DE19691917010
Authority: DE
Inventors: Porath Gordon Howard; Rosen Philip Joseph; Greenberg Myron Leonard
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1970-01-02
Also published as: US3545310A; GB1246215A

Description

The Babcock & Wilcox Company
New York, N. Y. 100017, V.St.A.

Steueranlage für eine Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft Werkzeugmaschinenanlagen und insbesondere eine regelbare Werkzeugmaschinen-Steueranlage. Der Ausdruck "regelbar" in Verbindung mit Steueranlagen bezieht sich auf ein System, bei dem eine Steuergröße auf der Grundlage einer kontinuierlichen oder periodischen Überwachung eines oder mehrerer Ausgangs signale des Gesamtsystems abgeändert wird.

Es gehört zu den Zielen der Erfindung, eine Steueranlage zu schaffen, die die Differenz des Schnittdrehmomentes oder der Last zwischen dem vollen Lastwert, bei dem ein Werkzeug in Kontakt mit dem Werkstück steht, und dem unbelasteten Wert mißt, bei dem das Werkzeug außer Kontakt mit dem Werkstück ist, die die Differenz mit einem Normalwert vergleicht und ein Warnsignal erzeugt und die die Änderung des Drehmomentes oder der Last je Zeiteinheit mißt, wenn das Werkzeug in Kontakt mit dem Werkstück kommt, die Änderung mit einem Normalwert vergleicht und ein Warnsignal erzeugt.

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Die Erfindung geht dazu aus von einer Steueranlage für eine Werkzeugmaschine, bei der ein Werkzeugsupport relativ zu einem Werkstück bewegbar ist, und ist gekannzeichnet durch die Kombination der folgenden Bauteile:

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Größe dem unbelasteten Zustand entspricht, in welchem das Werkzeug nicht in Kontakt mit dem Werkstück steht; eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Größe der Belastung des Werkzeugs entspricht, v/enn dieses in Kontakt mit dem Werkstück steht;

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gesamtsignals, das gleich der Differenz zwischen dem Signal im belasteten Zustand und dem Signal im unbelasteten Zustand ist; eine Einrichtung zum. Vergleich des Gesamtsignals mit einem vorbestimmten Normalsignal;

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals^ wenn das Gesamtsignal das Normalsignal übersteigt»

In den Zeichnungen zeigen;

Fig. 1 schematisch eine Werkzeugmaschinen-Steueranlage nach der Erfindung;

Fig. 2 schematisch eine abgeänderte" Form einer Werkzeugmaschinen-Steueranlage isach der Erfindung;

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Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines in der Anlage benutzten Steuergerätes;

Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes;

Fig. 5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes;

Fig. C schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Werkzeugmaschinen-Steueranlage eine Palette 10 auf, die entlang eines Transoportsystems bewegbar ist und ein Werkstück W trägt, das durch eine Befestigungseinrichtung 11 gehalten wird. An jeder einzelnen Station ist eine Werkzeugmaschine mit einer Basis 12 vorgesehen, die eine Gleit vor richtung 13 trägt. Eine ein Werkzeug aufnehmende Drehspindel 14 kann durch einen Zylinder 15 entlang der Gleit vorrichtung 13 bewegt werden. Die Spindel wird von einem Elektromotor 16 über Riemenscheiben 17, 18 und einen Riemen 19 angetrieben. Die Spindel 14 wird von der Gleitvorrichtung durch hydrostatische Lager getragen, beispielsweise solche Lager, die in der USA-Patentschrift Nr. 3 231 319 beschrieben sind. Die Spindel selbst ist ebenfalls eine hydrostatische Ausführung, beispielsweise eine Ausführung, die

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in den USA-Patentschriften Nr, 3 200 671 oder 3 223 463 offenbart ist»

Ein Steuergerät C ist dem Motor 16 zugeordnet. Sie überwacht dessen Stromaufnahme und mißt auf diese Weise das Dreh- ' moment, um ein Warnsignal oder ein Rückziehsignal zum Zurückziehen der Spindel zu erzeugen.

Die Verwendung einer Paletten-Transportvorrichtung als Grundlage für die Werkzeugmaschinen dieser Anlage ist nur als Beispiel gewählt. Es können eine stationäre Maschine für nur eine Operation mit mehreren, sich bewegenden Köpfen und eine stationäre, von handbeschickte Befestigungseinrichtung benutzt werden, ebenso wie eine Maschine mit einer Vorwähleinrichtung, eine Zapfenmaschine, eine Schlagbohrmaschine usw. Entsprechend kann der Schlitten durch eine Führungsspindel, eine Zahnstange mit einem Zahnrad, eine Kugelgelenkschraube oder irgendeine andere Betätigungseinrichtung vorgeschoben werden. Außerdem könnte auch eine Hohlwelle anstelle eines getrennten Schlittens und einer Spindel benutzt werden. Die Lager müssen nicht hydrostatisch sein. Für die Erfindung, die sich mit der Steuerung und Anzeige beschäftigt, sind diese Dinge nicht wichtig. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß

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die Merkmale aller folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung kombiniert werden können, falls die jeweilige Anwendung dies verlangt.

Bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Schlitten 13¹ von einer Basis 12 getragen und nimmt eine hydrostatische Spindel 14' auf, die durch einen hydraulischen Motor 16' angetrieben wird. Der Motor wird unter Steuerung eines Ventils 20 betrieben. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel überwacht das Steuergerät C den Differenzdruck des Druckmittels vor und hinter dem hydraulischen Motor 16', um das Drehmoment zu messen, und erzeugt ein Warnsignal oder ein Signal zum Zurückziehen der Spindel 14', wie oben beschrieben.

Eine'Ausführung des Steuergerätes ist in Fig. 3 gezeigt. Das Drehmoment des Motors 16 oder 16' wird durch eine Meßeinrichtung 25 zur Erzeugung eines Signals festgestellt, das dem Drehmoment des Motors entspricht. Im Falle des Elektromotors 16 nach Fig. 1 kann die Meßeinrichtung einen Stromwandbar, eine Brückenschaltung und eine Spannungsstabilisierschaltung enthalten. Im Falle des hydraulischen Motors 16' nach Fig. 2 kann die Meßeinrichtung einen Druckwandler aufweisen. Die

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Meßeinrichtung erzeugt dann ein Augenblicks signal ent- ... , sprechend dem Drehmoment oder der Last des Werkaeugs T. Die ist ein direktes Maß für das Drehmoment oder die Last des Motors.

Das Aus gangs signal der Drehmoment-Meßeinrichtung 25 geht zu einem UND-Gatter 26. Wenn der Schlitten 13 oder 13* zurückgezogen wird, wird ein Schalter S betätigt, so daß das Drehmomentsignal für den unbelasteten Zustand über das UND-Gatter 26 laufen und in einem Analogspeicher 27 gespeichert werden kann. Wenn das Werkzeug sich in Richtung auf das Werkstück bewegt und mit diesem in Berührung kommt, nimmt die Belastung des Werkzeugs zu, wodurch ein größeres Ausgangs signal der Drehmoment-Meßeinrichtung 25 verursacht wird. Das augenblickliche Drehmomentsignal und das Drehmomentsignal für den nichtbelasteten Zustand werden in einem algebraischen Summierer· 28 voneinander abgezogen,, Das Ausgangs signal des Summierers 28 wird in einem Komparator 29 mit einem ersten Bezugssignal verglichen. Wenn das Ausgangssignal des Summierers 28 das EingaE^ellte erste Bezugssignal übersteigt, wird ein Warnsignal erzeugt, das eine Warnlampe 30 in Tätigkeit setzt.

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Das Aus gangs signal des Summierers 28 wird außerdem in einem Komparator 31 mit einem Bezugs signal größerer Amplitude verglichen, und wenn das Ausgangssignal des Summierers größer als das zweite Bezugssignal ist, so wird ein zweites Steuersignal erzeugt, das ein Rückzugsrelais 32 anziehen läßt. Dadurch wird der Zylinder 15 in Tätigkeit gesetzt, der den Schlitten in seine Ursprungslage zurückführt, in der das Werkzeug nicht in Kontakt mit dem Werkstück steht.

Das augenblickliche Drehmomentsignal wird außerdem einem Änderungsgeschwindigkeitsdetektor 33 zugeführt, der ein extrapoliertes Änderungsgeschwindigkeits signal erzeugt. Dieses wird in einem Komparator 34 mit einem Änderungsgeschwindigkeits-Bezugssignal verglichen. Wenn die Amplitude des Änderungsgeschwindigkeits signals die Amplitude des Änderungsgeschwindigkeits-Bezugssignals übersteigt, wird ein drittes Steuersignal erzeugt, das das llückzugsrelais 32 anziehen läßt, um das Werkzeug zurückzuziehen.

Bei einem anderen, in Fig. 4 gezeigten Ausfülirungsbeispiel des Steuergerätes, bei dem gleiche Bezugs ziffern zur Angabe analoger Funktionen benutzt werden, ist ein System vorgesehen, bei dem der Signalvergleich sich auf die nominelle Schneidlast, einen

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voreingestellten Wert des Drehmomentes, der einem scharfen Werkzeug entspricht, und ein Werkstück normaler Zusammensetzung statt auf den unbelasteten Zustand bezieht. Damit soll der für die Überlastunterscheidung zur Verfügung stehende Bereich vergrößert werden, da bei diesem Verfahren zu Anfang ein größerer Teil des Gesamtsignals abgezogen wird.

Ein dem augenblicklichen, aus der Meßeinrichtung 25 stammenr den Wert des Drehmomentes im nichtbelasteten Zustand entsprechendes Signal wird, wie vorher, über das UND-Gatter 26 vor jedem Zyklus im Analogspeicher 27 gespeichert. Außerdem wird dann, wenn erwartet werden kann, daß ein dem nominellen oder gewünschten normalen Lastzustand darstellendes Signal von der Meßeinrichtung zur Verfügung steht, beispielsweise unmittelbar nach einem Werkzeugaustausch und/oder unmittelbar nach der Zuführung eines neuen Satzes von Werkstücken oder nach weiteren Änderungen der grundsätzlichen Betriebsbedingungen, die Servo-Einstellpotentiometeranordnung 3 5 auf die folgende Weise auf diesen Nennwert des Drehmomentes eingestellt: Während des Arbeitsvorganges wird der Nenndrehmoment-Einstellschalter 39 betätigt, wodurch die Kontakte 39a und 39c öffnen und Kontakt 39b schließt. Durch das Öffnen des Kontaktes 39a wird das Ausgangs signal des Potentiometers 37

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vom Eingang des Summierverstärkers 28 getrennt. Durch das Öffnen des Kontaktes 39c wird das Ausgangs signal des Folgepotentiometers 38 von Servo einstellpotentiometer-Verstärker A abgetrennt, so daß die Einstellung der Potentiometer 37 und geändert werden kann. Durch das Schließen des Kontaktes 39b wird der Ausgang des Summierverstärkers 28 an den Eingang des Servoeinstellpotentiometer-Verstärkers angeschaltet. Dies bewirkt, daß die Servoeinrichtung, die aus dem Verstärker A und dem Servomotor 36 besteht, bei einem neuen Wert auf Null läuft, derart, daß die Ausgangs signale der Potentiometer 37 und 38 gleich dem Ausgangs signal der Verstärkers 28 sind. Es dürfte klar sein, daß, wenn diese Operation durchgeführt wird, während das frischgeschärfte Werkzeug ein representatives Werkstück bearbeitet, die Servoeinstellpotentiometer einen Wert speichern,, der gleich der nominellen Schneidlast ist, d.h., gleich ddm Gesamtdrehmonaent abzüglich des Drehmomentes für den unbelasteten Zustand (aus dem Analogspeicher 27). Damit ist die Voreinstelloperation beendet. Der Schalter 39 wird dann freigegeben, so daß die Kontakte 39a und 39c schließen und der Kontakt 39b öffnet. Das Öffnen dieses Kontaktes legt die Servoeinsteklpotentiometer auf ihren augenblicklichen Ablesewert fest. Das Schließen der vorgenannten Kontakte führt das gespeicherte Ausgangs signal für das nominelle Schnittdrehmoment dem Summierverstärker 28 zu.

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Bei nachfolgenden Zyklen subtrahiert dann der Verstärker 28 das nominelle Schnittdrehmoment zuzüglich des Drehmomentes für den unbelasteten Zustand vom Gesamtdrehmoment, so daß ein Signal erzeugt wird, das dem Überschuß des tatsächlichen Drehmomentes über den Nennwert des Gesamtdrehmomentes entspricht. (Es dürfte klar sein, daß das nominelle Schnittdrehmoment zuzüglich des Drehmomentes für den unbelasteten Zustand gleich dem nominellen Gesamtdrehmoment ist). Das lestgenannte Signal wird mit Bezugs Signalen für die Last bei abgenutztem Werkzeug und die Last unter außergewöhnlichen Umständen in den Komparatoren 29 bzw. 31 wie vorher verglichen. Das Änderungsgeschwindigkeitssignal wird, wie vorher, im Detektor 33 erzeugt und im Komparator 34 verglichen. Der Arbeitszyklus wird ebenfalls wieder durch die Komparatoren 31 und 34 gesteuert. Der Schalter 39 kann so angeordnet sein, daß er während eines vorbestimmten Teiles des Prüfzyklus, aber nicht danach, geschlossen gehalten wird, statt daß er direkt von einer Bedienungsperson nach dessen Entscheidung geschlossen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5_a bei dem. ebenfalls wieder gleiche Bezugs ziffern für analoge Bauteile verwendet sind, wurdendie Funktionen des Summierverstärkers λ8 auf

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die Verstärker 28a und 28b aufgeteilt. Der Zweck besteht darin, Signale verfügbar zu machen, die sowohl der tatsächlichen Schnittbelastung als auch der Änderung der Schnittbelastung entsprechen. Die Anlage arbeitet wie folgt: Der Verstärker 28a erzeugt immer ein Signal, das dem tatsächlichen Schnittdrehmoment entspricht, d. h. dem Gesamtdrehmoment abzüglich des Drehmomentes für den unbelasteten Zustand. Dieses Signal steht über den Kontakt 39a des Schalters 39 zur Verfügung, wenn der Schalter 39 zur Einstellung der Servopotentiometereinrichtung 35 betätigt wird. Der Kontakt 39b hält die Einstellung fest, wenn der Schalter 39 nicht betätigt ist. Der Verstärker 28b subtrahiert dann das nominelle Schnittdrehmoment (aus dem Servopotentio meter 37) von dem tatsächlichen Schnittdrehmoment, wodurch die Änderung des Drehmomentes, wie vorher, erzeugt wird. Die restlichen Bauteile der Anlagen sind identisch. Man beachte, daß, wenn ein explizierter Wert des tatsächlichen Schnittdrehmomentes für irgendeine andere Funktion benötigt wird, dieser anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, vom Verstärker 28a verfügbar ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Dieses ist für Fälle vorgesehen, in denen ein zu kleines Drelimoment für einen wirkungsvollen Schneidvorgang

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ebenso schädlich wie ein zu großes Drehmoment ist. Dies kann beim Fertigbohren auftreten, bei dem eine Werkzeugabnutzung oder eine ähnliche Erscheinung bewirkt, daß da.s Werkzeug frei über die Werkstückoberfläche gleitet, statt richtig zu schneiden. Die gezeigte Anlage ist mit der nach Fig. 3 identisch, m it ausnähme eines Zweiges, In diesem Zweig wird ein- Signal dem Vorschubbegrenzungsschalter der Maschine entnommen und der Zeitverzögerung 40 zugeführt. Dieser Begrenzungsschalter wird nur dann betätigt, wenn der Schlitten oder eine ähnliche Vorschubeinrichtung über den Bereich schnellen Vorlaufs am Beginn eines Vorlaufhubes hinausgegangen ist und mit dem für das Fertigbohren des Werkstückes erforderlichen langsamen Vorschub begonnen hat. (Der Schalter wird während des Rückkehrhubes nicht betätigt.) Die Verzögerung 40 verzögert die Übertragung des Signals lange genug, um sicherzustellen, daß das Werkzeug tatsächlich zu arbeiten beginnt und Material wegnimmt. Bei Ablauf dieser Verzögerung wird das Gatter 41 betätigt, und das Drehmomentsignal vom Verstärker 28 wird über das Gatter 41 dem Komparator 42 zugeführt, wo es mit einem Bezugssignal verglichen wird. Der Komparator 42 arbeitet im entgegengesetzten Sinn wie die anderen Komparatoren 29, 31 und 34, da er ein Ausgangssignal für das Rückzugs relais 32 erzeugen muß, wenn das Drehmomentsignal kleiner statt größer als das Bezugssignal 3

ist. 90 988 1 /0 175 ' t »-. - . ;

Claims

PATENTANSPRÜCHE

f 1. ) Steueranlage für eine Werkzeugmaschine, bei der ein Werkzeugsupport relativ zu einem Werkstück bewegbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Bauteile: eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Größe dem unbelasteten Zustand entspricht, in welchem das Werkzeug nicht in Kontakt mit dem Werkstück steht; eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Größe der Belastung des Werkzeugs entspricht, wenn dieses in Kontakt mit dem Werkstück steht;

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gesamtsignals, das gleich der Differenz zwischen dem Signal im belasteten Zustand und dem Signal im unbelasteten Zustand ist; eine Einrichtung zum Vergleich des Gesamtsignals mit einem vorbestimmten Normalsignal;

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals, wenn das Gesamtsignal das Normalsignal übersteigt.
2. Steueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Größe dem unbelasteten Zustand des Werkzeugs entspricht, einen Analogspeicher mit einem dem unbelasteten Zustand entspre-

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chenden Ausgangs signal aufweist, ferner einen Summierer zur Summierung des Signals vom Analogspeicher und von der Einrichtung zur Erzeugung eines Lastsignals sowie einen Komparator zum Vergleich des Ausgangs signals des Summierers mit einem Bezugs signal.
3. Steueranlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich des Gesamtsignals mit einem zweiten Normalsignal, das größer ist als das erste Normalsignal, und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Steuersignals, wenn das Gesamtsignal das vorbestimmte Normalsignal übersteigt.
4. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals dessen Größe der Änderungsgeschwindigkeit der Werkzeugbelastung entspricht, durch eine Einrichtung zum Vergleich des Änderungsgeschwindigkeitssignals mit einem vorbestimmten Normalsignal und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines weiteren Steuersignals, wenn das Änderungsgeschwindigkeits signal ein vorbestimmtes Normalsignal übersteigt.

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5. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich des Gesamtsignals und des Signals für den unbelasteten Zustand mit einem vorbestimmten Nennsignal, das der normalen Belastung des Werkzeugs entspricht.
6. Steueranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen Analogspeicher aufweist, der ein Signal für den unbelasteten Zustand erzeugt, ferner einen Summierer und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Nennsignals, daß der Summierer das Signal für den unbelasteten Zustand, das Signal für den belasteten Zustand und das Nennsignal zur Erzeugung eines Ausgangs signals vergleicht und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Ausgangssignal mit dem vorbestimmten Normalsignal zu vergleichen«
7. Steueranlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich des Aus gangs signals mit einem zweiten vorbestimmten Normalsignal, das größer ist als das erste vorbestimmte Normalsignal, und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals, wenn das Ausgangs signal das zweite vorbestimmte Normalsignal übersteigt.

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8. Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines dem unbelasteten Zustand entsprechenden Signals einen Analogspeicher aufweist, der bei Bewegung des Werkzeug supports in eine Richtung, die das Werkzeug außer Kontakt mit dem Werkstück bringt, in Tätigkeit tritt, ferner einen Summierer zur Summierung des Signals für den unbelasteten Zustand und des augenblicklichen Lastsignals, einen zweiten Summierer, eine Einrichtung zur Erzeugung eines der normalen Belastung des Werkzeugs entsprechenden Nennlastsignals das vom dem zweiten Summierer zu dem Aus gangs signal des ersten Summierers addiert wird, und eine Einrichtung zum Vergleich des Ausgangssignals des zweiten Summierers und des ersten vorbestimmten Normalsignals.
9. Steueranlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich des Ausgangs signals des Summierers mit einem vorbestimmten itformalsignal größerer Amplitude und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn das Ausgangs signal des zweiten Summierers das zweite vorbestimmte Normalsignal übersteigt.

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P 1 7 O 1 O "■"" Steueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

gekennzeichnet durch eine von dem Steuersignal betätigbare Einrichtung, die den Werkzeugsupport in eine Richtung führt, in welcher das Werkzeug von dem Werkstück entfernt wird.

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