DE3618349A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberpruefung eines abstechvorgangs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung des Abstechvorgangs an einem auf der einen Seite der Abstechstelle in einer Hauptspindel und auf der gegen­ überliegenden Seite der Abstechstelle in einer Hilfs­ spindel eingespannten Materialstück bei einer Abstech­ vorrichtung, insbesondere bei einem Stangendrehauto­ maten, mit einer Steuereinheit zur Steuerung min­ destens eines Spindelantriebs gemäß einem vorgegebenen Programm, sowie eine Prüfeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Überprüfung des Abstechvorgangs bei Abstechvor­ richtungen, insbesondere bei Stangendrehautomaten, bei denen das abzustechende Teil in eine zusätzliche, synchron zur Hauptspindel angetriebene Hilfs- oder Synchronspindel eingespannt wird, um ein butzenloses Abstechen und ein definiertes Abgreifen der Werkstück­ länge zu erreichen, ist es bekannt, schwenkbare Fühler oder andere mechanische bzw. optische Überwachungs­ einrichtungen einzusetzen, mit dem Ziel, bei nicht ordnungsgemäß ablaufendem Abstechvorgang Fehlfunktionen und Kollisionen bei auf den Abstechvorgang folgenden Arbeitsschritten zu vermeiden.

Nachteilig an den bekannten Fühlern, die in den beim Ab­ stechen entstehenden Spalt bzw. den freien Teileraum hineingeschwenkt werden, sowie bei den anderen, derzeit verwendeten mechanischen bzw. optischen Überwachungsein­ richtungen ist es, daß diese technisch sehr aufwendig sind und trotzdem teilweise in der rauhen Umgebung des Arbeitsraums einer Drehmaschine oder dergleichen wegen der Gefahr von Beschädigungen oder Störungen nur bedingt einsetzbar sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Ver­ fahren bzw. eine verbesserte Einrichtung zur Überprü­ fung des Abstechvorgangs bei Abstechvorrichtungen bzw. Stangendrehautomaten anzugeben, das bzw. die mit ge­ ringem zusätzlichen technischen Aufwand realisiert werden kann, durch die rauhen Betriebsbedingungen im Abstechbereich nicht beeinträchtigt wird und die zu­ verlässige Erzeugung von Fehlersignalen bei Störungen des Abstechvorgangs ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird, was das Verfahren anbe­ langt, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Ende eines für den Abstechvorgang vorgegebene Zeit­ intervalls Betriebsbedingungen herbeigeführt werden, die bei vollständiger Durchtrennung des Materials an der Abstechstelle eine Relativdrehung der Spindeln gegeneinander bewirken und daß bei Abweichung der vor­ gegebenen, von der tatsächlichen Relativdrehung ein das Vorhandensein einer Materialbrücke an der Abstech­ stelle anzeigendes Fehlersignal ausgelöst wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich dabei eine Prüfeinrichtung bewährt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für mindestens eine der Spin­ deln eine Sensoranordnung zum Erfassen einer der fol­ genden Messgrößen: Drehzahl, Drehwinkel, Drehmoment vorgesehen ist, daß gemäß dem Programm für die Steuer­ einheit eine am Ende des für den Abstechvorgang vor­ gegebenen Zeitintervalls, in dem die Spindeln synchron laufen, wirksam werdende Sollwertänderung für die er­ fasste Messgröße vorgesehen ist, daß jeder Sensoranord­ nung ein Komparator zum Vergleichen des Istwerts der erfassten Messgröße mit dem von der Steuereinheit ge­ lieferten, gänderten Sollwert für diese Messgröße zugeordnet ist, und daß Fehlersignalerzeugungseinrich­ tungen zum Erzeugen eines Fehlersignals bei Vorliegen einer vorgegebenen Mindestdifferenz zwischen Soll- und Istwert für die erfasste Messgröße vorgesehen sind.

Es ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens bzw. der Prüfeinrichtung zu seiner Durchführung, daß, anders als bei den bisher üblichen Prüfmethoden, für die Erzeugung von Fehlersignalen die mechanische Koppelung zwischen den beiden Spindeln bei Vorhandensein einer Materialbrücke an der Abstech­ stelle zu einem Zeitpunkt ausgewertet wird, zu dem bei ordnungsgemäß abgelaufenem Abstechvorgang keine derartige Brücke mehr existieren dürfte. Dieses neu­ artige Arbeitsprinzip gestattet die Auswertung von elektrischen Messwertsignalen, die mit hoher Genauig­ keit und in den meisten Fällen unter Einbeziehung von ohnehin bereits vorhandenen Steuer- und Regeleinrich­ tungen gewonnen werden können.

Dabei bieten die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Unteransprüchen vielfältige Möglichkeiten, die Empfindlichkeit der Fehlerermittlung und den entsprechenden technischen Aufwand sehr genau an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen, wie dies aus der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels noch deutlich werden wird.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch einen Stangendrehautomaten mit seinen Antriebsein­ richtungen und mit Steuereinrichtungen gemäß der Er­ findung.

Im einzelnen besitzt der gezeigte Stangendrehauto­ mat eine Hauptspindel 10, welche über ein Getriebe 12, das beim Ausführungsbeispiel drei miteinander kämmende Zahnräder 12 a, 12 b und 12 c umfasst, von einem Haupt­ antriebsmotor 14 zu einer Drehung angetrieben wird.

Die Hauptspindel 10 ist in konventioneller Weise als eine hohle Spindel ausgebildet, welche drehbar in einem Hauptspindelgehäuse 16 gelagert ist. Das zu be­ arbeitende Material wird der Hauptspindel 10 in Form einer Stange 18 zugeführt, die von hinten - in der Zeichnung von links - schrittweise durch die hohle Hauptspindel 10 vorgeschoben wird, wobei die Schritt­ länge jeweils der Länge eines Werkstücks 20 entspricht, welches nach seiner Fertigstellung von der Stange 18 abgestochen wird. Zum Einspannen des stangenförmigen Materials in der Hauptspindel 10 ist am vorderen Ende derselben - in der Zeichnung rechts - in üblicher Weise ein Spannfutter 22 vorgesehen.

Koaxial zu der Hauptspindel 10 ist eine Hilfsspindel 24 angeordnet, die der Hauptspindel 10 im Abstand gegenüberliegt. Die Hilfsspindel 24 ist in einem Hilfsspindelgehäuse 26 drehbar gelagert, welches an einem Schlitten 28 montiert ist, der längs Schienen 30 parallel zu den Achsen der beiden Spindeln 10, 24 ver­ fahrbar ist. Die Schienen 30 sind dabei ebenso wie das Hauptspindelgehäuse 16 und der Hauptantriebsmotor 14 fest mit einer Maschinenbasis bzw. einem Maschinen­ rahmen 32 verbunden, der in der Zeichnung nur schema­ tisch angedeutet ist. Der Antrieb der Hilfsspindel er­ folgt durch einen Hilfsspindelmotor 34 über ein Redu­ ziergetriebe 36 und ein Winkelgetriebe 38, welches beim Ausführungsbeispiel zwei Kegelräder umfasst. Ferner ist der Hilfsspindel 24 eine Spannvorrichtung 40 zugeordnet, mit der das freie - in Fig. 1 rechte - Ende der Stange 18 bzw. des daraus hergestellten Werkstücks 20 bezüglich der Hilfsspindel 24 einge­ spannt wird.

Der in der Zeichnung gezeigte Stangendrehautomat um­ fasst ferner ein Abstechwerkzeug 42, welches mit Hilfe eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinderaggre­ gats 44 radial zur gemeinsamen Drehachse der Spindeln 10, 24 verfahrbar ist, um das Stangenmaterial abzu­ stechen bzw. um ein fertiggestelltes Werkstück 20 von der Stange 18 zu trennen. Der Zylinder des Zylinder­ aggregats 44 ist dabei wieder am Maschinenrahmen 32 befestigt. Die Bearbeitung des Stangenmaterials zur Herstellung eines Werkstücks durch Drehen, Fräsen, Schleifen usw. erfolgt in dem Fachmann bekannter Weise mittels entsprechender Werkzeugsätze, die in der Zeich­ nung der Übersichtlichkeit halber nicht besonders dar­ gestellt sind.

Bei einem Stangendrehautomaten, wie er vorstehend beschrieben wurde, läuft ein Arbeitszyklus in der Weise ab, daß die Stange 18 bei geöffneten Spannvor­ richtungen 22, 40 so weit nach rechts vorgeschoben wird, bis ihr freies Ende auf einer definierten Länge von der Spannvorrichtung 40 der Hilfsspindel 24 er­ fasst werden kann. Die Stange wird dann mit Hilfe der beiden Spannvorrichtungen 22, 40 fest eingespannt, so daß sie sich anschließend gemeinsam mit den Spindeln 10, 24 dreht, welche für die Bearbeitung des Stangen­ materials bzw. für die Herstellung des Werkstücks 20 synchron angetrieben werden. Wenn das Werkstück 20 dann fertiggestellt ist, wird es durch Betätigung des Abstechwerkzeugs 42 mit Hilfe des Zylinderaggregats 44 von dem übrigen Stangenmaterial abgestochen und kann nunmehr mit Hilfe des Schlittens 28 zu einer Ent­ ladestation verfahren werden, an der die Spannvorrich­ tung 40 geöffnet wird, um das fertige Werkstück frei­ zugeben. Anschließend wird der Schlitten 28 in die Ausgangsposition zurückgefahren und die Stange 18 wird erneut nach rechts vorgeschoben, so daß nunmehr das nächste Werkstück in der beschriebenen Weise ge­ fertigt werden kann.

Wenn das Abstechwerkzeug 42 bricht oder zu stark ab­ genutzt ist oder wenn das Zylinderaggregat 44 auf­ grund einer Störung nicht mit dem vorgegebenen Hub arbeitet, dann wird das Werkstück 20 nicht vollstän­ dig von dem restlichen Teil der Stange 18 abgetrennt, so daß der beschriebene Arbeitszyklus nach der Fertig­ stellung des Werkstücks 20 nicht ausgeführt werden kann. Um für diesen Fall Beschädigungen von Werkzeugen, Werkstücken und/oder Maschinenteilen sowie die Gefähr­ dung von Bedienungspersonal auszuschließen, wird ge­ mäß der Erfindung eine Überprüfung des Abstechvor­ gangs durchgeführt. Zu diesem Zweck sind bei dem in der Zeichnung dargestellten Stangendrehautomaten ver­ schiedene Sensor- und Steuereinrichtungen vorgesehen, die nachstehend näher beschrieben werden sollen.

Im einzelnen ist bei dem betrachteten Automaten eine zentrale Steuereinheit 46 vorgesehen, welche in nicht näher dargestellter konventioneller Weise die Spindel­ motoren 14, 34, das Zylinderaggregat 44 und die Antriebs­ einrichtungen (nicht dargestellt) für den Schlitten 28, für den Vorschub der Stange 18, für die Betätigung der Spannvorrichtungen 22, 40, für die Werkzeuge zur Bear­ beitung des Werkstücks 20 usw. steuert. Diese Steuerung erfolgt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm, insbesondere unter Verwendung eines Mikroprozessors, für den die erforderlichen Daten hinsichtlich der Dreh­ zahlen, der Vorschubwege und dergleichen hinzugeordneten Speichereinrichtungen, beispielsweise in einem Halb­ leiter-Lesespeicher, gespeichert sind.

Bei dem betrachteten System ist ferner jedem der Spin­ delmotoren 14, 34 jeweils ein Drehzahlgeber 48 bzw. 50 zugeordnet, beispielsweise ein Tacho-Generator, welcher ein der Drehzahl des zugeordneten Motors entsprechen­ des Ausgangssignal erzeugt. Weiterhin ist jeder der Spindeln 10, 24 jeweils ein Drehwinkelgeber 52 bzw. 54 zugeordnet, und die beiden Drehwinkelgeber 52, 54 lie­ fern jeweils ein Ausgangssignal, das dem Drehwinkel bzw. der Winkelstellung der zugeordneten Spindel 10 bzw. 24 (bezogen auf eine Bezugs- bzw. Ausgangsposition) entspricht. Die Drehwinkelgeber 52, 54 können in üb­ licher Weise unter Verwendung von Codierscheiben und elektrooptischen Abrastern aufgebaut sein.

Als weitere Rückmelde- bzw. Sensoreinrichtungen sind ferner Motorstrom-Messeinrichtungen 56, 58 vorgesehen, die ein Ausgangssignal liefern, welches dem Motor­ strom des zugeordneten Spindelmotors 14 bzw. 34 ent­ spricht, wobei diese Motoren typischerweise als dreh­ zahlregelbare Gleichstrommotoren ausgebildet sind, deren Feld mit Hilfe von Permanentmagneten erzeugt wird und deren Ankerstrom proportional zu dem von dem betreffenden Motor abgegebenen Drehmoment ist. Im ein­ fachsten Fall umfassen die Motorstrom-Messeinrichtungen 56, 58 einen Messwiderstand, der vom Motorstrom, d.h. vom Ankerstrom bzw. einem davon abgeleiteten Strom, durchflossen wird und an dem eine Spannung abfällt, die zum Motorstrom bzw. zum Drehmoment des betref­ fenden Motors proportional ist.

Bei dem betrachteten System sind sowohl für den Haupt­ spindelantrieb als auch für den Hilfsspindelantrieb jeweils drei Komparatoren 60, 62, 64 bzw. 66, 68, 70 vor­ gesehen, denen die Sollwerte für den Drehwinkel, für die Drehzahl und für das Drehmoment, nämlich die Werte a _S , n _S und M _S von der Steuereinheit 46 zugeführt wer­ den und denen die Istwerte dieser Messgrößen, nämlich die Werte α _I , n _I und m _I von den Gebern 48, 50; 52, 54 bzw. 56, 58 zugeführt werden. Die von den Komparatoren 60 bis 70 ermittelten Differenzen zwischen den zu ver­ gleichenden Soll- und Istwerten, nämlich die Werte Δ α, Δ n und Δ M werden in Form entsprechender elektri­ scher Signale an die Steuereinheit 46 zurückgemeldet.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus des erfindungsge­ mäßen Systems mit den verschiedenen Gebern, Messein­ richtungen und Komparatoren eröffnen sich eine Reihe von Möglichkeiten für die Überprüfung der einwandfreien Durchführung eines Abstechvorgangs vor der Einleitung weiterer Schritte in einem laufenden Arbeitszyklus, wobei sämtliche Prüfmöglichkeiten darauf basieren, daß festgestellt wird, ob die Hauptspindel 10 gegen­ über der Hilfsspindel 24 (oder umgekehrt) frei ver­ dreht werden kann, was bedeutet, daß der Abstech­ vorgang vollständig durchgeführt wurde, oder ob wei­ terhin eine Koppelung zwischen den Spindeln besteht, was bedeutet, daß beim Abstechen eine Materialbrücke zwischen dem fertiggestellten Werkstück 20 und dem übrigen Teil der Stange 18 aufgrund einer Betriebs­ störung erhalten geblieben ist.

Für die Überprüfung des einwandfreien Ablaufs eines Abstechvorgangs ist es im einfachsten Fall ausrei­ chend, wenn der Antrieb, d.h. der Hilfsspindelmotor 34, für die Hilfsspindel 24 am Ende eines für den Abstechvorgang durch die zentrale Steuereinheit 46 vorgegebenen Zeitintervalls abgeschaltet wird, wäh­ rend man gleichzeitig den Hauptantriebsmotor 14 zu­ nächst weiterlaufen lässt. Unter diesen Voraussetzungen wird sich dann, wenn der Abstechvorgang erfolgreich durchgeführt wurde, für die Lage bzw. den Drehwinkel, für die Drehzahl und für das Drehmoment des Haupt­ antriebsmotors 14 keine Abweichung von den Sollwerten ergeben; es wird also kein Fehlersignal ausgelöst, welches eine Änderung des laufenden Programms für die zentrale Steuereinheit 46 auslösen könnte. Wenn jedoch bei dem Versuch, das fertiggestellte Werkstück 20 vom Rest der Stange 18 abzutrennen, eine Materialbrücke erhalten geblieben ist, dann wirkt sich die Bremswir­ kung des Hauptantriebsmotors 14 und des Getriebes 12 an der Hilfsspindel 24 erfindungsgemäß so aus, daß sich für den Drehwinkel, die Drehzahl und das Drehmoment Abweichungen von den Sollwerten ergeben, die an die zentrale Steuer­ einheit 46 zurückgemeldet werden und dort als Fehler­ signale interpretiert werden, welche beispielsweise den automatischen Betrieb unterbrechen und eine Bedie­ nungsperson auf das Vorliegen einer Betriebsstörung aufmerksam machen. Dabei versteht es sich für den Fach­ mann, daß die Abweichungen zwischen den betreffenden Ist- und Sollwerten für die Auslösung eines Fehler­ signals außerhalb des üblichen Regelbereichs liegen müssen, der für ein System der betrachteten Art in konventioneller Weise für die zu regelnden Größen vor­ gegeben wird. Weiterhin wird deutlich, daß im Prinzip bereits die Abweichung einer der Regelgrößen ausreicht, um einen Fehler zu signalisieren. In der Praxis bedeu­ tet dies, daß ein Soll/Istwert-Vergleich nur für eine der überwachten Größen durchgeführt werden muß, näm­ lich für den Drehwinkel, für die Drehzahl oder für das Drehmoment. Das Vorhandensein einer Material­ brücke wirkt sich nämlich unabhängig auf jede der drei genannten Größen aus. Diese Tatsache führt im Endergebnis dazu, daß im Prinzip ein einziger Geber bzw. eine einzige Messeinrichtung für eine der beiden Spindeln ausreichend ist, um bei Fortbestehen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Werkstück 20 und der Stange 18 nach dem Abstechvorgang ein Fehler­ signal zu erzeugen.

Wenn dagegen, wie bei dem in der Zeichnung dargestellten System, sowohl für die Hauptspindel 10 als auch für die Hilfsspindel 24 jeweils drei Sensoren mit zugeordneten Komparatoren für die Durchführung von Soll/Istwert- Vergleichen vorgesehen sind, dann ergibt sich für die gesamte Anlage eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Steuerung der Betriebsbedingungen am Ende des für den Abstechvorgang vorgegebenen Zeitintervalls, wobei zu diesem Zeitpunkt beispielsweise der Sollwert für die Lage oder die Drehzahl einer der zuvor synchron laufenden Spindeln geringfügig geändert werden kann, um sehr feinfühlig zu prüfen, ob noch eine Material­ brücke vorhanden ist oder nicht. Auf diese Weise kann eine Betriebsstörung bei außerordentlich geringer Be­ lastung des Stangenmaterials, der Spannfutter, der Lager der Spindeln usw. festgestellt werden, so daß auch das Verbleiben einer sehr schwachen Material­ brücke erkannt werden kann, die beim einfachen Ab­ bremsen der Hilfsspindel durch den dabei auftretenden Drehzahlunterschied abgedreht würde. Bei Werkstücken, die mit hoher Präzision gefertigt werden müssen, wird auf diese Weise vermieden, daß am Werkstück uner­ wünschte Abstechbutzen zurückbleiben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überprüfung des Abstechvorgangs an einem auf der einen Seite der Abstechstelle in einer Hauptspindel und auf der gegenüberliegenden Seite der Abstechstelle in einer Hilfsspindel ein­ gespannten Materialstück bei einer Abstechvorrich­ tung, insbesondere bei einem Stangendrehautomaten, mit einer Steuereinheit zur Steuerung mindestens eines Spindelantriebs gemäß einem vorgegebenen Programm, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende eines für den Abstechvorgang vorge­ gebenen Zeitintervalls Betriebsbedingungen herbei­ geführt werden, die bei vollständiger Durchtrennung des Materials an der Abstechstelle eine Relativ­ drehung der Spindeln gegeneinander bewirken und daß bei Abweichung der vorgegebenen, von der tat­ sächlichen Relativdrehung ein das Vorhandensein einer Materialbrücke an der Abstechstelle anzei­ gendes Fehlersignal ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativdrehung der Spindeln durch Abbrem­ sen oder durch Beschleunigung einer der Spindeln bei Aufrechterhalten des Antriebs für die andere Spindel herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativdrehung der Spindeln durch vorgege­ bene unterschiedliche Sollwerte für die Drehzahl, den Drehwinkel und/oder das Antriebsdrehmoment für die beiden Spindeln herbeigeführt wird und daß Ab­ weichungen der vorgegebene, von der tatsächlichen Relativdrehung der Spindel durch mindestens einen Soll/Istwert-Vergleich der Sollwerte und der Ist­ werte für die Drehzahl, den Drehwinkel und/oder das Drehmoment für mindestens eine der Spindeln festgestellt werden.

4. Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für mindestens eine der Spindeln (10, 24) eine Sensoranordnung (48, 50, 52, 54, 56, 58) zum Erfassen einer der folgenden Messgrößen: Drehzahl, Drehwinkel, Drehmoment vorgesehen ist, daß gemäß dem Programm für die Steuereinheit (46) eine am Ende des für den Ab­ stechvorgang vorgegebenen Zeitintervalls, in dem die Spindeln synchron laufen, wirksam werdende Sollwertänderung für die erfasste Messgröße vor­ gesehen ist, daß jeder Sensoranordnung (48, 50, 52, 54, 56, 58) ein Komparator (60, 62, 64, 66, 68, 70) zum Ver­ gleichen des Istwerts der erfassten Messgröße mit dem von der Steuereinheit (46) gelieferten, geän­ derten Sollwert für diese Messgröße zugeordnet ist, und daß Fehlersignalerzeugungseinrichtungen zum Er­ zeugen eines Fehlersignals bei Vorliegen einer vor­ gegebenen Mindestdifferenz zwischen Soll- und Ist­ wert für die erfasste Messgröße vorgesehen sind.