DE2519735A1

DE2519735A1 - Verfahren zur steuerung und regelung der arbeitszyklen einer werkzeugmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2519735A1
Application number: DE19752519735
Authority: DE
Inventors: Mario Pozzetti; Roberto Rossi
Original assignee: FINIKE ITALIANA MARPOSS SOC IN ACCOMANDITA SEMPLICE DI MARIO POSSATI and C BENTIVOGLIO - S MARINO; Finike Italiana Marposs SpA
Current assignee: Marposs SpA
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1975-11-27
Also published as: JPS50154896A; US4018010A; IT1013609B; GB1512663A; FR2270631A1; BR7502844A; ES437064A1; DE2519735C2; SE7505310L; JPS5935746B2; FR2270631B1

Description

Patentanwälte Dipl. ing. H. Hauck

Finike Italiana Marposs ^D£!· f?*³" ^-Schmitz:

Soc. in Accoinandita Semplice CHpl. ing. E. GraalCs

di Mario Possati & C. J³¹P¹' ^ln9- ^w· Wohnert

Dipl. Phys. W. Carstens

Via Saliceto, 13 8 München 2

4OO1O BentivOPlio (BO) Mozartstr. 23

Italien

Aktenzeichen M 344-3

Verfahren zur Steuerung und Regelung der Arbeitszyklen einer Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Arbeitszyklen einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Schleifmaschine, bei dem das Werkstück während der Bearbeitung gemessen und die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer anderen variablen Größe programmiert wird.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe einer Schleifmaschine. Schleifmaschinen weisen eine hohe Stundenleistung auf. Es sind bereits Schleifmaschinen bekannt, bei denen die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe programmiert und geändert wird, sei es stetig oder schrittweise in Abhängigkeit von dem auf dem zu bearbeitenden Werkstück gemessenen Übermaß. Es ist auch bekannt, in

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stetiger und adaptiver Weise die programmierte Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den von anderen für den Bearbeitungsgang charakteristischen Größen eingenommenen Werten zu ändern. Zu diesen charakteristischen Größen gehören die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der das Übermaß abgetragen wird oder der Druck zwischen Schleifscheibe und Werkstück. Der Zweck dieser adaptiven Regelungen ist es, eine Verbesserung in dem endgültigen Bearbeitungszustand der Werkstücke zu erzielen.

Diese bekannten Schleifmaschinen weisen einige Nachteile auf. Z. B. kommt es oft vor, insbesondere wenn die abzutragenden Übermaße klein und dementsprechend die Zyklen kurz sind, daß die Rückkopplungssysteme nicht hinreichend prompt und genau arbeiten. Darüber hinaus sind die meisten eingesetzten Rückkopplungssysteme sehr komplex, nur im geringen Maße flexibel und führen zu einem schwierigen Aufbau.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, mit dessen Hilfe ein Kompromiß zwischen den Erfordernissen des sofortigen Ansprechens, der Stabilität, der Genauigkeit, der Flexibilität und des Preises erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

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ein von den elastischen Belastungen abhängiges Signal erzeugt wird, denen die kinematische Kette bestehend aus Werkstück und Werkzeug infolge des Werkzeugdruckes während der Bearbeitung ausgesetzt ist, und daß dieses Signal zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit benutzt wird.

Wenn man die bereits bekannten Verfahren, die auf der Messung entweder der Übermaßabtragsgeschwindigkeit oder des Druckes zwischen Schleifscheibe und Werkstück beruhen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleicht, so zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil ist, insbesondere bei solchen Bearbeitungen, in denen während der Übermaßentfernungsphasen die die kinematische Kette Werkzeug - Werkstück bildenden Elemente infolge des Werkzeugdruckes harten Belastungen ausgesetzt sind.

Bei den Schleifmaschinen werden die Hauptelemente der kinematischen Kette vom Werkstück, der Schleifscheibe, Spindeln, möglicherweise verwendeten Schuhen und Auflagen usw. gebildet. Wenn die Belastungen des Werkstückes oder der anderen Elemente während der Bearbeitung zu hohe Werte erreichen, können verbleibende Deformationen und Formfehler (ovale Ausbildung, konische Ausbildung usw.) an den bearbeiteten Werkstücken auftreten.

Wie bereits vorstehend erwähnt worden ist, ist es bekannt,

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die Varschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Druck des Werkzeugs auf das Werkstück zu regeln. Zu diesem Zwecke wird der von dem Druck eingenommene Wert bestimmt, indem die aufgebrachte Kraft gemessen wird; dieser Wert weist einen ziemlich starken Zufallscharakter auf, da die Bestimmung der Berührfläche mit hinreichender Genauigkeit nicht möglich ist; auch werden auf diese Art und Weise keinesfalls die elastischen Belastungen in Betracht gezogen, denen die kinematische Kette mit Werkzeug-Werkstück ausgesetzt ist.

Weiters Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung ist aber auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet. Dabei geht die Erfindung von einer Vorrichtung mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Abmaße des zu bearbeitenden Werkstückes, mit einer auf die Position des Werkzeugs relativ, zu einer Bezugsposition ansprechenden Einrichtung, einem Programmgeber für die Vorgabe der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges und einer¹ Steuereinrichtung für die Änderung dieser Vorschubgesehwindigkeit aus.

Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Vorrichtungsanspruches des beigefügten Anspruchssatzes aufgeführten Merkmale ge-

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kennzeichnet.

Weitere Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das Verfahren und die Vorrichtung sollen nun in verschiedenen Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren genauer erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Einsatz in einer Außenschleifmaschine mit hoher Stundenleistung,

Fig. 2 einige Diagramme zur Darstellung des Zeitverhaltens der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fign.3 und 4 zeigen Ausführungsformen der verschiedenen im Blockschaltbild von Fig. 1 verwendeten Programmeinheiten,

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung des Programmgebers gemäß Fig. 4 und

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Fig. 6 ein Teil-Blockschaltbild das zusammen mit Teilen des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 eine weitere Ausführungsform beschreibt.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ruht ein Ring 5 auf Schuhen 4 und 5. Der Ring wird von einer nicht gezeigten Spindel in Drehung versetzt und auf seiner Außenfläche von der Schleifscheibe 6 einer Hochleistungsschleifmaschine geschliffen. Die Schleifscheibe 6 ist auf einem Schlitten 7 gelagert, der bezüglich einer Basis 8 beweglich ist. Der Schlitten 7 wird über eine in der Fig. 1 gestrichelt dargestellte Funktionsverbindung 9 von einem Schrittschaltmotor 10 bewegt. Die funktioneile Verbindung 9 kann z. B. von einer sehr präzis arbeitenden Mutter-Gewindespindel-Anordnung aufgebaut sein.

Der Ring 3 wird von einer elektronischen Meßlehre 11 ausgemessen, die zwei bewegliche Arme 12 und 13 und nicht dargestellte Positionswandler besitzt.

Die Meßlehre 11 ist ausgangsseitig mit einer verstärkenden Dektektor-Baugruppe 14 verbunden, die ihrerseits ausgangsseitig ein analoges Signal abgibt, das dem Übermaß des Ringes 3 proportional ist, d. h. der Differenz zwischen

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dem tatsächlich vorhandenen äußeren Durchmesser und dem am Ende des Schleifganges zu erreichenden Soll-Durchmesser. Die Ausgangsklemme 17 der Detektor-Baugruppe 14 kann

Sf ά

über den beweglichen Kontakt'eines Relais 19 mit einer Programmeinheit 18 verbunden wer:en, die an ihrem Ausgang eine sich stetig in Abhängigkeit von dem Eingangssignal ändernde Ausgangsspannung ausgibt, wie noch weiter unten zu beschreiben sein wird.

Die Programmeinheit 18 ist mit dem einen Eingang eines Summierkreises 21 verbunden, der ausgangsseitig mit den Steuerkreisen des Schrittschaltmotors 10 verbunden ist; diese Steuerkreise werden von einem Spannungs-Frequenz-Wandler aufgebaut, der ausgangsseitig Impulse mit einer der analogen Eingangsgröße proportionalen Frequenz erzeugt; diese Impulse bewirken das schrittweise Drehen des Läufers des Schrittschaltmotors 10 und damit eine entsprechende schrittweise Bewegung des Schlittens 7. Ein mit dem Motor 10 und den Steuerkreisen 22 verbundener Digitalzähler 23 zählt die Anzahl der vom Läufer ausgeführten Schritte. Der Digitalzähler besitzt einen Löscheingang 25, der mit dem Ausgang eines mit zwei Eingängen versehenen Vergleichers 27 verbunden ist. Der eine Eingang des Vergleichers ist mit dem Ausgang der Detektor-Baugruppe 14

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und der andere Ausgang ist mit einem Potentiometer/verbunden, mit dessen Hilfe eine Bezugsspannung einstellbar ist.

23

Ausgangsseitig ist der Digitalzähler/mit einem Digital/Ana-

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logwandler 31 verbunden, der seinerseits ausgangsseitig mit einem Anpaßkreis 33 verbunden ist. Der Anpaßkreis ist ausgangsseitig mit einem festen Kontakt 35 des Relais 19 verbunden, der mit dem "beweglichen Kontakt 16 zusammenwirken kann. Weiterhin ist der Anpaßkreis 33 mit dem einen Eingang eines Vergleichers 37 "und mit dem negativen Eingang eines Differenzialverstärkers 39 verbunden. Der andere Eingang des Vergleichers 37 und der positive Eingang des Differenzialverstärkers sind.beide mit dem Ausgang der Detektorgruppe 14 verbunden.

Ausgangsseitig ist der Vergleicher 37 mit der Wicklung 41 des Relais 19 verbunden. In Reihe mit dem Ausgang des Differenzialverstärkers 39 ist ein beweglicher Schaltkontakt 43 angeordnet, der von einer Erregungswicklung 45 betätigbar ist. Die Erregungswicklung 45 liegt in Reihe mit dem Ausgang eines Vergleichers 46, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Detektor-Baugruppe 14 und dessen anderer Eingang mit einem Potentiometer 47 verbunden ist, das die Einstellung einer Bezugsspannung ermöglicht.

Der Ausgang des Differenzialverstärkers ist über den beweglichen Kontakt 43 mit dem Eingang einer Programmeinheit 51, mit dem einen Eingang eines Vergleichers 53 und einem Eingang .einer Signalverarbeitungs-Baugruppe 55, die das Nachschärfen der Schleifscheibe 6 steuert, verbunden.

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Der Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung Vj und der Ausgangsspannung V'
Fig. 5 dargestellt.

Ausgangsspannung V' der Programmeinheit 51 ist in der

Der Ausgang der Programmeinheit 51 ist mit einem zweiten Eingang des Summierkreises 21 verbunden. Auf den zweiten Eingang des Vergleichers 53 wird mittels eines Potentiometers 57 eine einstellbare Bezugsspannung gegeben. Der Ausgang des Vergleichers 53 ist mit einer Zustimmklemme 59 der Signalverarbeitungs-Baugruppe 55 verbunden.

Darüber hinaus ist die Schleifmaschine jnit einer Steuer- und Anzeigebaugruppe 65 versehen, die die verschiedenen Phasen des Bearbeitungszyklus steuert. Die Steuer- und Anzeigebaugruppe 65 ist mit den Ausgängen des Vergleichers 27t der Signalverarbeitungs-Baugruppe 55 und des Vergleichers 37 verbunden.

Die Schleifmaschine arbeitet wie folgt:

Wenn der Durchmesser eines von der Schleifscheibe 6 bearbeiteten Ringes 3 verringert wird, bis der Sollwert erreicht worden ist, nimmt das Ausgangssignal der Detektor-Baugruppe 14 einen Wert an, das zur !Commutation des Vergleichers führt. Dann stellt das Ausgangssignal des Vergleichers den Digitalzähler 23 auf Null und führt dazu, daß die Steuer- und Anzeigebaugruppe 65 die letzten Teilschritte

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des Maschinenzyklus in Gang setzt. Dazu gehört: Das Anhalten des Schrittschaltmotors 10 und die daran anschließende Bewegungsumkehr, um den Schlitten 7 in die Ausgangsstellung zurückzubringen; das Abziehen der elektronischen Meßlehre 11 (welche ebenfalls auf einem nicht gezeigten Schlitten oder Träger gelagert ist) vom Ring 3; das Entladen des bearbeiteten Ringes und das Aufsetzen eines neuen zu schleifenden Ringes auf die Schuhe (mittels an sich bekannter Lade-und Entladearme); das Rückführen der elektronischen Meßlehre 11 in Meßposition.

Die Drehung des Schrittschaltmotors 10 für das Zurückführen des Schlittens 7 findet mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit unter dem Einfluß der Steuer- und Anzeigebaugruppe 65 statt, die mit den Steuerkreisen 22 verbunden ist; beim Herausbewegen aus der Ruheposition bewegt sich der Schlitten über eine vorgegebene Länge zurück, die auf dem Zähler 23 basierend auf dem maximal möglichen Durchmesser eingestellt ist, den die Ringe vor dem Schleifen aufweisen können. Der Digitalzähler 23 zählt die Anzahl der Schaltschritte des Schrittschaltmotors 10, bis der Zählerstand dem vorgewählten Wert entspricht; dann hält der Schrittschaltmotor 10 an und reversiert erneut die Drehrichtung, um die Schleifscheibe 6 an einen neuen Ring 3 heranzubringen, der bereits in die Maschine geladen ist oder sich in der Ladephase befindet. Wenn sich die Schleifscheibe 6 auf den Ring 3 zu bewegt, kommt der bewegliche

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Kontakt 16 des Relais 19 in Berührung mit dem festen Kontakt 35 (dabei ist das Relais 19 entregt); dabei wird die Annäherungsgeschwindigkeit wie folgt bestimmt:

Das digitale Ausgangssignal des Digitalzählers 23 wird durch den Digital/Analog-Wandler in ein analoges Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers 31 hängt von der Position des Schlittens 7 ab und zeigt angenähert die von der Schleifscheibe 6 auszuführende Bewegung, um die einem Übermaß vom Werte Null auf dem Ring 3 entsprechende Position zu erreichen.

Da der Digitalzähler 23 beim Erreichen des Enddurchmessers eines jeden Ringes 3 auf Null gestellt und danach der Schlitten 7 um eine vorgegebene Länge zurückgeführt wird, wird auf diese Weise die Abnutzung der Schleifscheibe 6 kompensiert (daher ändert sich jeweils die Position des Schlittens 7, die dieser am Ende des Laufes für die Bewegung der Schleifscheibe von den Ringen 3 fort einnimmt).

In Abhängigkeit von der Form der Schleifscheibe 6 und der Ringe 3 und der relativen Lagen ihrer Achsen entspricht einem Schleifscheibenvorschub vom Werte L (wenn man alle Schwingungen und Belastungen der kinematischen Kette Werkstück-Schleifscheibe außer acht läßt, d. h. annimmt, daß diese nicht existieren) eine theoretische Abnahme

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des Durchmessers des Ringes 3 (unter Annahme, daß die Schleifscheibe den Ring berührt) die zwischen den Werten L und 2L liegen kann, je nach dem welche Art von Schleifmaschine vorliegt.

Der Anpaßkreis 33 berücksichtigt diese Tatsache, indem er die in Beziehung zu den Verschiebungen des Schlittens 7 stehenden Signale in fiktive Änderungen des Übermaßes transformiert; diese Änderungen des Übermaßes sind fiktiv, da sich die Schleifscheibe 6 in einer Position befinden kann, in der sie den Ring 3 nicht berührt und da bei Erreichung der Berührung die Spannungen, die Veränderlichkeit der Schleiffähigkeit der Schleifscheibe und andere Paktoren diese Beziehung während der Bearbeitung durch ein und dieselbe Maschine nicht genau konstant halten.

Bei Annäherung der Schleifscheibe 6 an den Ring 3, d. h. vor dem Berühren des Ringes, stellt aber die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Anpaßkreises 33 und dem Anfangsdurchmesser des Ringes 3 (gemessen von der elektronischen Meßlehre 11) eine Komponente der Entfernung dar, die von dem Schlitten 7 vor der Berührung des Ringes 3 durch die Schleifscheibe 6 durchlaufen werden muß»

Während dieser Annäherung wird die Geschwindigkeit des Schlittens 7 von der Programmeinheit 18 bestimmt, an deren

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Eingang ein von dem Anpaßkreis 33 erzeugtes Signal V. ansteht. Die Programmeinheit 18 erzeugt ein Signal V , dessen Amplitude sich gemäß der Kurve "a" der Fig. 2 ändert, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Während der Annäherung "befindet sich der bewegliche Schaltkontakt 43 in Öffnungsstellung und die Programmeinheit 51 gibt ein Ausgangssignal V¹ ab, das eine konstante Amplitude aufweist. Diese konstante Amplitude ist gleich dem Maximalwert Vq der Kurve "d" in Fig. 5. Der Summierkreis 21 summiert die empfangenen Signale V und V¹ auf und erzeugt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der strichpunktierten Kurve "b" in Fig. 2 ändert. Der Schrittschaltmotor 10 steuert die Vorwärtsbewegung des Schlittens 7 entsprechend. Wenn die Schleifscheibe 6 den Ring 3 berührt, kommutiert der Vergleicher 37_f so daß ein Steuersignal erzeugt wird, das das Ende der "Spaltüberwindung" anzeigt. Dieses Signal wird kurz vorher oder kurz nach der Berührung erhalten, indem von dem Ausgangssignal der Detektor-Baugruppe Hj das dem Vergleicher 37 zugeführt wird, ein geeignetes Korrektursignal abgezogen oder dieses Korrektursignal dem Ausgangssignal der Detektor-Baugruppe 14 hinzuaddiert wird.

Aus der Kurve "d" der Fig. 2 kann leicht abgelesen werden, daß während der Annäherungsphase die Annäherungsgeschwindigkeit allmählich abnimmt^ bis die Schleifscheibe 6 in Berührung mit dem Ring 3 gelangt; zu diesem Zeitpunkt t. wird eine stufenförmige Abnahme erreicht. In der Tat führt

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die !Commutation des Vergleichers 37 zu einer Erregung der Wicklung 41, die den beweglichen Kontakt 16 von dem festen Kontakt 35 abzieht und diesen in Berührung mit dem festen Kontakt 17 bringt.

Nach dem Zeitpunkt t₁ ändert sich das Ausgangssignal V der Programmeinheit 18 gemäß der Kurve "c" der Fig. 2 und das von der Programmeinheit 51 erzeugte Signal V_Q mit konstanter Amplitude wird ihm fortlaufend hinzuaddiert, so daß die Steuerkreise 22 noch ein der Kurve "b" der Fig. 2 entsprechendes Signal empfangen und daher dem Schrittschaltmotor 10 entsprechend schalten.

Die Schleifscheibe 6 trägt Übermaß vom Ring 3 ab.

Wenn der Ring 3 einen vorgegebenen Übermaßwert erreicht, nimmt die Ausgangsspannung der Detektor-Baugruppe 14 einen Wert an, der gleich dem vom Potentiometer 47 erzeugten Spannungswert ist; der Vergleicher 46 kommutiert und führt auf diese Weise zur Erregung der Wicklung 45, so daß der Kontakt 43 geschlossen wird, und zwar zum Zeitpunkt t₂ der Fig. 2.

Die Ausgangsspannung des Differenzialverstärkers 39 spricht auf die elastischen Spannungen an, die von der kinematischen Kette bestehend aus Ring 3 und Schleifscheibe 6 infolge des Andruckes der Schleifscheibe 6 er-

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duldet werden müssen. In der Tat entspricht diese Spannung der Differenz zwischen dem Übermaß des Ringes 3 und dem o. e. fiktiven Übermaß. Ganz genau zeigt diese Spannung den Anstieg der mechanischen Belastung bezüglich der Totalbelastung an, wenn der Ring 3 seinen Soll-Durchmesser erreicht. Durch das Schließen des beweglichen Schaltkontaktes 43 erreicht das der mechanischen Spannung entsprechende Signal die Programmeinheit 51, die ein Ausgangssignal

V' in Abhängigkeit von der Eingangsspannung V. gemäß der Kurve "d" der Pig. 5 erzeugt. Daher entspricht eine niedrige Ausgangsspannung (oder überhaupt keine Ausgangsspannung) einer harten Belastung und umgekehrt.

Von dem dem Schließen des Kontaktes 43 entsprechenden Zeitpunkt tp an ändert sich das Ausgangssignal des Summierkreises 21 in Abhängigkeit von der gestrichelten Kurve "e" der Fig. 2, d. h. vom Zeitpunkt tp an wird zu dem der Kurve "c" entsprechenden Signal V das der Kurve "d" entsprechende variable Signal V¹ hinzuaddiert. Auf diese Weise wird bei Erfassung einer Überbelastung der Schrittschaltmotor 10 in beachtlichem Ausmaß verlangsamt, so daß die Belastung abgebaut werden kann. Die Bearbeitung wird mit der von der Belastung abhängigen adaptiven Steuerung fortgesetzt, bis die elektronische Meßlehre 11 zum Zeitpunkt t, feststellt, daß der Enddurchmesser des Ringes 3 erreicht ist. Danach erfolgt die Steuerung der letzten Verfahrensschritte des Maschinenzyklus, die entsprechend der vorstehenden Be-

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Schreibung ablaufen.

Aus dem Vorstehenden geht klar hervor, daß die Schaltgeschwindigkeit des Motors 10 stets von der Summe V +V der beiden Ausgangssignale der Programmeinheiten 18 und 51 bestimmt ist. Nach Schließen des beweglichen Schaltkontaktes 43 stellt die bewirkte Regelung eine adaptive Regelung dar. In der Tat wird das von der Programmeinheit 18 bereitgestellte Programm durch ein variables Korrektursignal korrigiert, das von der Programmeinheit 51 in Abhängigkeit von einer Ausgangsgröße erzeugt wird, wobei die letztere die gemessene Belastung ist.

Die adaptive Regelung kann aber auch in anderer Weise erfolgen, wie dies anhand der Fig. 6 gezeigt werden soll. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Programmeinheit 51 durch eine mit der Detektorbaugruppe 14 verbundene Programmeinheit 68 und durch einen Differenzialverstärker 69 ersetzt. Die Eingänge des Differenzialverstärkers sind mit dem Ausgang des Differenzialverstärkers 39 bzw. mit dem Ausgang der Programmeinheit 68 verbunden. Die anderen Bestandteile gemäß Fig. 1 verbleiben ungeändert. Die Programmeinheit 68 erzeugt in Abhängigkeit von dem am zu bearbeitenden Ring₍gemessenen Übermaß ein Signal, das der zulässigen Belastung entspricht. Dieses Signal wird in dem Differenzialverstärker 69 mit einem der tatsächlichen Belastung entsprechenden Signal verglichen, so

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daß das sich, ergebende Signal ein Korrektursignal für die programmierte Vorschubgeschwindigkeit darstellt, die von der Programmeinheit 18 vorgegeben wird. Es ist auch möglich, nach Schließen des Schaltkontaktes 45 die Programmeinheit 18 abzutrennen und die Bearbeitung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Programmbaugruppe 51 weiterzuführen, die in diesem Falle so modifiziert werden kann, daß sie ein abweichendes Programm erzeugt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Programmeinheit 18 zugeschaltet zu lassen und danach die Verbindung der Programmeinheit 51 (nach Erreichen des vorgegebenen Übermaßes) nur dann zuzusteuern, wenn die gemessene Belastung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Diese Ausführungsform kann durch Benutzung des Vergleichers 55 realisiert werden, der nach Schließen des Kontaktes 45 an einem Eingang das Belastungssignal erhält und dieses mit dem vom Potentiometer 57 erzeugten Bezugssignal vergleicht.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 wird der Vergleicher 55 zu einem anderen Zwecke eingesetzt und zwar für die Bereitstellung eines Zustimmsignals für die Signalverarbeitungsbaugruppe', die das Nachschärfen der Schleifscheibe 6 steuert. Die Signalverarbeitungsbaugruppe 55 entspricht im wesentlichen der Baugruppe, die in der italienischen Patentschrift 960 055 beschrieben worden ist; auf diese Patentschrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

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Das Patent betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Überprüfen der Schneidfähigkeit der Schleifscheibe einer Schleifmaschine. Gemäß diesem Patent wird diese Überprüfung zu vorgegebenen Phasen des Bearbeitungsayklus eines jeden Werkstückes durchgeführt, indem von der Schneidfähigkeit der Schleifscheibe (wie z. B. Materialabtragsgeschwin-

/für

digkeit oder die'den Abtrag einer vorgegebenen Übermaßmenge erforderliche Zeit) abhängige Signale erfaßt werden, diese Signale mit vorgegebenen Werten zur Erzeugung von Fehlersignalen verglichen werden und diese Fehlersignale für aufeinanderfolgend bearbeitete Werkstücke aufintegriert werden. Die aus diesem Patent bekannten Schaltkreise können nach einfacher Abänderung für die Aufintegration von Fehlersignalen verwendet werden, die den Abweichungen der tatsächlichen von der kinematischen Kette: Schleifscheibe-Werkstück erlittenen Belastung (zu vorgegebenen Zeitpunkten des Bearbeitungszyklus) von einer vorgegebenen Belastung entsprechen.

Im folgenden soll nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 eine Ausführungsform der Programmeinheit 18 beschrieben werden. Die Eingangsklemme 70 der Programmeinheit ist über ein Negationsglied 71 und einen Widerstand 72 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 74 verbunden, dessen positiver Eingang über einen Widerstand 75 geerdet ist. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 74 und seinem negativen Eingang liegen drei Rückkopplungszweige

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in Parallelschaltung. Der erste Zweig wird von einem Widerstand 77 aufgebaut, der zweite von einer Serienschaltung einer Diode·mit einem Widerstand 80 und der dritte von einer Reihenschaltung aus zwei Dioden 82 und 83 und einem Widerstand 85. Der Widerstand 85 kann über einen Schaltkontakt 87 kurzgeschlossen werden,der über eine Verbindung 89 mechanisch mit dem beweglichen Kontakt 16 des Relais 19 gekoppelt ist. Diese Schaltung ist deutlich in der Fig. 3 gezeigt. Wenn der bewegliche Kontakt 16 in Berührung mit dem festen Kontakt 17 kommt»wird auch der Kontakt 87 geschlossen. Andererseits wird bei Berührung des festen Kontaktes 35 durch den beweglichen Kontakt 16 der Kontakt 87 geöffnet. In der Fig. 2 entsprechen die Punkte A und B dem Schwellenwert der Diode 79 bzw. den Schwellenwerten der Dioden 82 und 83.

Die Programmeinheit 51 kann durch die in der Fig. 4 gezeigte Schaltung realisiert werden. Der negative Eingang eines Operationsverstärkers 93 wird über einen Widerstand 94 mit einer Klemme 95 verbunden, an der eine konstante Spannung -V_Q anliegt. Der negative Eingang ist weiterhin über einen Widerstand 97 und den beweglichen Schaltkontakt 43 mit einer Klemme 98 verbunden, die den Ausgang des Differenzialverstärkers 39 darstellen soll.(Diese Bezeichnung ist auch in der Fig. 1 verwendet.) Zwischen dem negativen Eingang und dem Ausgang des Verstärkers ist eine Diode 99 geschaltet. In Reihe mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 93 ist eine weitere Diode 100 ge-

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schaltet, deren Kathode mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 93 über einen Widerstand 101 verbunden ist. Wie aus der Fig. 5 ablesbar ist, ist die Ausgangsspannung V gleich der Spannung V_Qjwenn der Wert der Spannung V. gleich Null ist (Fehlen von elastischer Belastung) oder wenn der bewegliche Schaltkontakt 43 offen ist. Wenn der bewegliche Schaltkontakt 43 geschlossen ist und der Wert von Vi zwischen Null und V!.. liegt, ist die Wirkung von V! entgegengesetzt der Wirkung von V_Q und die Ausgangsspannung V ändert sich entsprechend dem Segment, das den Punkt V!.. auf der Abszisse mit dem Punkt V_Q auf der Ordinate verbindet.

Wenn die Eingangsspannung größer oder gleich V¹.^ ist, wird der Wert der Ausgangsspannung V' gleich Null; somit wird die Geschwindigkeit des Schlittens 7 (in Fig. 1) alleine durch die Programmeinheit 18 bestimmt.

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Claims

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs

Dipl. Ing. W. Wehnerfc

Dipl. Phys. W. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

Patentansprüche

( 1. ^Verfahren zur Steuerung und Regelung der Arbeitszyklen einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Schleifmaschine, bei dem das Werkstück während der Bearbeitung gemessen und die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer anderen variablen Größe programmiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein von den elastischen Belastungen abhängiges Signal erzeugt wird, denen die kinematische Kette bestehend aus Werkstück und Werkzeug infolge des Werkzeugdruckes während der Bearbeitung ausgesetzt ist, und daß dies Signal zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den elastischen Belastungen abhängige Signal durch Vergleich eines von der Werkzeugposition abhängigen Signals mit einem von den Werkstückabmaßen abhängigen Signal erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-

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net, daß das von den Belastungen anhängige Signal für die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit während der letzten Phasen der Bearbeitung benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Bearbeitung Phasen gehören, während derer die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den gemessenen Abmaßen des Werkstückes programmiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von den Werkstück-Abmaßen programmierte Geschwindigkeit durch ein Korrektursignal korrigiert wird, das von dem auf die elastischen Belastungen ansprechenden Signal abhängig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal durch Vergleich des von den tatsächlich vorhandenen elastischen Belastungen abhängigen Signals mit einem Signal erzielt wird, das den zulässigen elastischen Belastungen entspricht und das seinerseits von den Werkstückabmaßen abhängig ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung Phasen umfaßt, während derer die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück programmiert wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Phasen, während derer die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück programmiert wird^eine Annäherungsphase, in der die Vorschubgeschwindigkeit stetig abnimmt^ und eine der Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück entsprechende Phase gehören, in welcher die programmierte Vorschubgeschwindigkeit durch eine Stufenänderung variiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung eine erste Phase, während derer die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zwischen Werkzeug und

programmiert wird,
Werkstück / eine nachfolgende zweite Phase, während derer die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Werkstückabmaßen programmiert wird und eine nachfolgende dritte Phase gehören, während derer die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von den Messungen der elastischen Belastungen geregelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Werkzeugmaschine eine Schleifmaschine eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von den elastischen Belastungen der kinematischen Kette, bestehend aus Werkstück und Werkzeug, abgeleitete Signal für die Steuerung der Schärfung

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des Werkzeugs benutzt wird.
11. Verfahren nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abrichtzustand überwacht wird, indem während einer vorgegebenen Phase des Bearbeitungsganges eines jeden Werkstückes ein von den elastischen Belastungen abhängiges Signal erfaßt, dieses Signal mit einem Bezugssignal verglichen und die sich aus den einzelnen Vergleichen für mehrere aufeinander folgende Werkstücke ergebenden Signale kombiniert werden.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Abmaße des zu bearbeitenden Werkstückes, einer auf die Position des Werkstückes relativ zu einer Bezugsposition ansprechenden Einrichtung, einem Programmgeber für die Vorgabe der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges und einer Steuereinrichtung für die Änderung dieser Vorschubgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10, 23, 31, 33^dIe auf die Position des Werkzeugs (6) relativ zu einer Meßposition anspricht^ und die Meßeinrichtung (11, 14) mit einem Vergleicher (39) verbunden sind, der das von den elastischen Belastungen abhängige Signal erzeugen kann, denen die kinematische Kette bestehend aus Werkstück (5) und Werkzeug (6) infolge des Werkzeugdruckes während der Bearbeitung ausgesetzt ist und daß der Ausgang des Ver-

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gleichers (39) mit dem Programmgeber (51) verbunden ist, um die Yorschubgeschwindigkeit des Werkstückes (6) in Abhängigkeit von den auftretenden elastischen Belastungen zu ändern.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die auf die Position des Werkstückes (6) ansprechen-

Schrittde Einrichtung einen / schaltmotor (10), der einen das Werkzeug (6) tragenden Schlitten (7) bewegen kann, einen mit dem Motor (10) zur Zählung der Schaltschritte ausgehend von einer Bezugsposition verbundenen Digitalzähler (23), Nullstellungsmittel (27, 25) für die Rückstellung des Zahlers (23) auf Null in Entsprechung zu der Bezugsposition und einen Digital/Analog-Wandler (51) umfaßt, der mit dem Zähler (23) zur Umwandlung des Zählerausgangssignals in ein Analogsignal verbunden ist.
14. Vorrichtung rach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß dem Digital/Analog-Wandler/ein Anpaßkreis (33) zugeordnet ist, der das Analogsignal in ein ein fiktives Übermaß darstellendes Signal transformieren kann^und daß das Ausgangssignal des Anpaßkreises (33) auf einen ersten Eingang des Vergleichers (39) geführt ist, von dem ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der Meßeinrichtung (11, H) verbunden ist, welche ein analoges .Meßsignal abgeben kann.

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15. "Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 "bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (46, 45, 43) vorgesehen sind, die den Vergleicher (39) mit dem Programmgeber (51) verbinden können, wenn das Übermaß des Werkstückes (3) einen vorgegebenen Wert erreicht.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Programmgeber (18) vorgesehen ist, dessen Eingang (70) mit der Meßeinrichtung (11, 14) verbindbar ist, um die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem auf dem Werkstück (3) gemessenen Übermaß zu programmieren.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (70) des zweiten Programmgebers(i8) mit dem Ausgang (35) der auf die Position des Werkstückes (6) ansprechenden Einrichtung (10, 23 , 31, 33) verbindbar ist, um die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges (6) in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Werkzeug (6) und dem Werkstück (3) zu programmieren.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher (37) vorgesehen ist, der das Signal am Ausgang (35) der auf die Position des Werkstückes (6) ansprechenden Einrichtung (10, 23, 31, 33) mit dem Ausgangssignal der Meßeinrichtung (11, 14)

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vergleichen kann, daß das Ausgangssignal des Vergleichers (37) eine Kommutationseinrichtung (19) ansteuern kann, die den Eingang (70) des zweiten Programmgebers (18) vom Ausgang (35) der auf die Position des Werkstückes (6) ansprechenden Einrichtung (10, 23, 31, 33) auf den Ausgang (17) der Meßeinrichtung (11, 14) kommutieren kann.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Programmgeber (51, 18) mit einem Summierkreis (21) verbunden sind, dessen Ausgangssignal die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes (6) bestimmt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (39) mit einer Verarbeitungsbaugruppe (55) verbunden ist, die die Schärfung bzw. Abrichtung des Werkzeugs (6) steuern kann.
21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Schleifmaschine und das Werkzeug (6) eine Schleifscheibe ist.

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