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Dokumentenidentifikation DE3425181C2 14.10.1993
Titel Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine
Anmelder AE PLC, Rugby, Warwickshire, GB
Erfinder Edwards, Walter Gwyn, Rugby, Warwickshire, GB;
Winterbottom, Robert John Holdsworth, Tile Hill,Coventry, West Midlands, GB
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 09.07.1984
DE-Aktenzeichen 3425181
Offenlegungstag 31.01.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.10.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.10.1993
IPC-Hauptklasse G05B 19/41

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 00 44 200 A1 bekannt.

Die vorgenannte Druckschrift beschreibt einen leichtgewichtigen Werkzeughalter, der auf Federn montiert ist und der durch Angriff eines Nocken bewegt wird, die direkt an der Ausgangswelle eines Motors hohen Drehmoments und geringer Trägheit montiert ist. Das zugehörige Steuersystem verwendet einen Rechner zur Erzeugung von Werkzeugpositionssignalen für Kolben als Werkstücke in Winkelintervallen von etwa 5° um den Kolben. Diese werden in sogenannte "Tropfen", wie in der Druckschrift beschrieben, umgewandelt. Die "Tropfen" werden dem Werkzeug über eine geschlossene Regelschleife zugeführt. Sie sind eine kontinuierliche Folge von Signalen konstanten Wertes mit gegebenen Zeitintervallen, die auf die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks bezogen sind. Dieses System ist zur spanabhebenden Bearbeitung traditioneller, komplexer Profile, wie beispielsweise ovaler und tonnenförmiger Profile an Kolben mit den erforderlichen Forderungen an die Oberflächenrauhigkeit geeignet, wie sie bislang galten.

Aus der US 4 027 245 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bekannt, die zum Schleifen von Nocken für die Verwendung in Nockenfolgemaschinen bestimmt ist. Dementsprechend beschäftigt sich die Druckschrift mit Werkstückgeschwindigkeiten, die zwischen 0,5 und 5 Us liegen. Für die wirtschaftliche Herstellung von Kolben ist eine solche Werkstückgeschwindigkeit völlig unzureichend.

Aus der DE-Z: "Die elektrische Ausrüstung", 01.02.1963, Seiten 29 bis 35, ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der ein Drehstahl in x- und y-Koordinaten zwischen den Koordinatenpunkten x1, y1 und x2, y2 verstellt werden kann, die in Längs- und Querrichtung in bezug auf das sich drehende Werkstück gegeneinander versetzt sind. Diese Anfangs- und Endwerte des vom Drehstahl zu beschreibenden Weges werden einer Steuereinrichtung über einen Lochstreifen eingegeben. In der Steuereinrichtung werden diese Werte einem Schrittrechner zugeführt, der aus den Anfangs- und Endwerten Zwischenwerte errechnet, auf die während der Bearbeitung des Werkstücks das Werkzeug schrittweise bewegt wird. Diese Zwischenwerte werden in Schieberegistern eines Interpolators gehalten, und durch kumulative Addition der jeweiligen Schrittgrößen von Δx und Δy zu den laufenden Werten von x und y taktgesteuert hinzugefügt, so daß auf diese Weise Positionssignale für die Antriebe erzeugt werden, die den Drehstahl bewegen. Diese Signale liegen in digitaler Form vor und werden D/A-gewandelt den Antrieben mit Rückkopplung zugeführt.

Die US 3 766 369 beschreibt ein System zum Erzeugen einer dreidimensionalen Oberfläche, bei dem ein wendelförmiger Verlauf eines Bearbeitungsortes durch die zusammenwirkenden Bewegungen eines Werkzeugs und eines Werkstücks hervorgerufen wird, bei denen Paare zueinanderpassender Bewegungswerte aus Werten von akkumulierten Einheitswinkeln und Einheitsstrecken bestehen. Eine Speichervorrichtung speichert die Koordinaten von N2 Punkten, die von einer Datenquelle abgeleitet werden, die Eingabedaten aller Koordinaten enthält, die eine gewünschte dreidimensionale Oberfläche bestimmen. Ein Rechner bildet N Funktionen eines Winkels in Übereinstimmung mit den Koordinaten der N2 Punkte. Ein weiterer Rechner bildet eine Funktion eines Vorschubes in Übereinstimmung mit den berechneten Werten, um den Radius zu ermitteln. Ein Interpolator verteilt elektrische Impulse an eine Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine, um den Bearbeitungspunkt dreidimensional an die errechnete Stelle zu bringen.

Aus der DE 26 54 949 A1 ist eine Steuervorrichtung für Kurbelwellen-Fräsmaschinen bekannt, die keine geschlossene Schleife enthält. Die Stellung des Werkzeugs in bezug auf das Werkstück wird nicht gemessen, es wird lediglich ein Servomotor nachgeführt, in dem eine Stellvorgabe erzeugt und diese dann mit einem Istwert verglichen wird. Absolute Positionen des Werkzeugs werden nicht erfaßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der komplexe Profile mit Geschwindigkeiten herstellbar sind, die eine wirtschaftliche Produktion erlauben, um dabei eine zufriedenstellende Oberflächenglätte zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuereinrichtung, die bei der Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung eines Werkstückes, das ein unrundes Profil erhalten soll, verwendet werden kann, und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer anderen Steuereinrichtung, die ebenfalls bei der maschinellen Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung eines Werkstückes auf ein nicht-kreisförmiges Profil eingesetzt werden kann.

In Fig. 1 ist schematisch ein Werkstück 10 veranschaulicht, das von einem Werkstückantrieb 11 mit hoher Drehzahl rotierend angetrieben wird. Die Drehzahl des Werkstückes kann in der Größenordnung von 50 Umdrehungen pro Sekunde (3000 UpM) liegen.

Das Werkstück 10 kann ein im allgemeinen zylindrischer Rohling sein, wie z. B. ein Kolbenrohling aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Das Werkstück soll maschinell bearbeitet werden, damit es ein nicht-zylindrisches Profil erhält, welches beispielsweise einen ovalen oder elliptischen Querschnitt mit variierenden radialen Abmessungen, in Achsrichtung des Werkstückes gesehen, aufweisen kann, um einen Wölbungseffekt hervorzurufen. Zusätzlich oder anstattdessen kann es erforderlich sein, den Rohling mit einer Mehrzahl von vorstehenden Oberflächenabschnitten auszubilden. Der Grad der Unrundheit, der Wölbung oder der Höhe der vorstehenden Flächenabschnitte über dem übrigen Kolben kann selbstverständlich außerordentlich gering sein, in der Größenordnung von einigen wenigen oder einigen 10 µm liegen.

Andererseits kann das Werkstück auch ein Rohling zur Bildung einer Lagerfläche sein. Es kann sich dabei um einen zylindrischen Rohling handeln, dessen Innen- oder Außenfläche auf ein gewünschtes nicht-zylindrisches Profil spanabhebend bearbeitet werden soll, oder um eine im allgemeinen ebene Fläche, die in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht auf die Drehachse steht, und die auf ein gewünschtes nicht-ebenes Profil abgearbeitet werden soll, um ein Drucklager zu bilden.

Das Werkstück 10 wird mit Hilfe eines Werkzeuges 26 bearbeitet, das nachstehend noch mehr im einzelnen erläutert werden wird, und das radial in Richtung zum und vom Werkstück 10 mit Hilfe eines Querantriebs mit geschlossenem Regelkreis 22 bewegbar ist (R-Position), welcher nachstehend ebenfalls noch näher erläutert werden wird. Außerdem ist ein Z-Positions-Stellantrieb Längsantrieb 29 vorgesehen, um das Werkzeug 26 in Richtung (der Z-Richtung) parallel zur Drehachse des Werkstückes 10 zu bewegen. Dieser Z-Positions-Stellantrieb 29 kann entweder durch Signale gesteuert werden, die von der Steuereinrichtung erzeugt werden, oder kann zur Bewegung des Werkzeuges 26 längs des Werkstückes 10 mit einer eingestellten Geschwindigkeit eingestellt werden.

Vor der Bearbeitung werden Profileingabedaten vorbereitet, die das erforderliche Profil des Werkstückes bei einer Folge von Winkelpositionen rund um das Werkstück und bei einer Folge von Axialpositionen längs des Werkstückes definieren. In Umfangsrichtung ( in R-Richtung) kann das Profil in Intervallen um das Werkstück 10 als Abfall oder Abnahme, ausgehend von einem maximalen Nennradius, definiert werden. Diese Intervalle können beispielsweise 2,5° für einen Kolben oder 0,5° für ein Lager betragen. Der maximale Abfall kann 1 bis 5 mm in Stufen von 0,125 µm betragen. Diese Winkelpositionen können bei einer Folge von Axial-(Z-)Positionen definiert werden, welche in gegenseitigen Abständen von 10 mm längs der Achse des Werkstückes 10 vorliegen.

Wenn das Werkstück bezüglich einer oder mehrerer die Drehachse des Werkstückes enthaltenden Ebenen symmetrisch ist, genügt es, die Eingabedaten für den ersten symmetrischen Teil zu bestimmen. Wenn beispielsweise der Querschnitt elliptisch ist, brauchen nur die Eingabedaten für ein 90°-Segment der Ellipse zwischen den zwei Symmetrieebenen definiert zu werden. Außerdem braucht das Querschnittsprofil nur bei jenen Axialintervallen definiert zu werden, wo eine nicht-lineare Änderung im Profil oder der Änderungsrate des Profils vorliegt.

Die Eingabedaten werden einer Eingabeeinheit 12 eines Rechners 13 zugeführt und gelangen von der Eingabeeinheit 12 in einen Speicher 14 des Rechners 13. Der Rechner 13 kann ein Mikroprozessor sein.

Das Werkstück 10 wird in Drehung versetzt, und ein R-Positionsgeber 15 sowie ein Z-Positionsgeber 16 führen dem Speicher 14 im Echtzeitbetrieb digitale Signale zu, die die R- und Z-Positionen des Werkstückes 10 und des Werkzeuges 26 relativ zu einem Bezugspunkt (Maschinennullpunkt) definieren. Der R-Positionsgeber 15 erzeugt alle 2,5° (oder 0,5°) bei der Drehung des Werkstückes ein Signal, und der Z-Positionsgeber 16 erzeugt alle 10 µm der Axialbewegung des Werkzeuges 26 ein Signal.

Wenn der Rechner 13 die Z- und R-Positionssignale empfängt, erzeugt er eine Gruppe von Bits entsprechend der erforderlichen R-Position des Werkzeuges bei der (Z, R)-Position, um das gewünschte Werkzeugprofil zu erzeugen. Der Rechner 13 führt dies auf folgende Weise aus. Wenn angenommen das Werkstück mit 50 Umdrehungen pro Sekunde umläuft und der R-Positionsgeber 15 alle 2,5° ein Signal erzeugt, muß der Rechner 13 alle 140 µs eine Bitgruppe erzeugen. Selbstverständlich ist es möglich, daß dieses Zeitintervall - bei höheren Geschwindigkeiten und komplexeren Profilen - kürzer als vorstehend angegeben ist und beispielsweise 14 µs beträgt. Da der Speicher 14 in der Praxis nicht alle zur Festlegung des vollständigen Profils des Werkstückes 10 erforderlichen Bits speichern kann, berechnet eine Recheneinheit 17 des Rechners 13 einige wenige Anfangsbitgruppen aus den im Speicher 14 gespeicherten Eingabedaten und übergibt diese Anfangsgruppen an den Speicher 14, aus dem sie als Ausgangssignal einem Signalprozessor 19 zugeführt werden, der nachstehend noch im einzelnen erläutert werden wird. Während der übrigen Zeit des 140 µs-Intervalls zwischen den Gruppen erzeugt die Recheneinheit Bitgruppen für nachfolgende, zukünftige Werkzeugpositionen. Die Zahl der so erzeugten Gruppen hängt von der innerhalb eines jeden Intervalls zur Verfügung stehenden Zeit und der Kapazität des Speichers 14 hinsichtlich der Speicherung dieser Gruppen ab.

Die Erzeugung dieser Bitgruppen aus den Eingabedaten bedingt eine Interpolation zwischen den Eingabedaten, da die Gruppen bei Intervallen erforderlich sein können, welche kleiner sind als jene Intervalle, bei denen die Eingabedaten vorliegen. In diesem Fall ist die Interpolation vorzugsweise eine lineare Interpolation, wenngleich selbstverständlich der Rechner 13 auch so programmiert werden könnte, daß er eine andere gewünschte Interpolation ausführt. Außerdem ist der Rechner 13 so programmiert, daß er Bitgruppen für den gesamten Profilumfang des Werkstückes erzeugt, auch wenn die Eingabedaten nur einen Teil eines symmetrischen Profils definieren. Beispielsweise berechnet die Recheneinheit 17, wenn das Profil elliptisch ist und die Eingabedaten nur ein 90°-Segment der Ellipse definieren, Bitgruppen rund um den gesamten Umfang des elliptischen Profils.

Da nicht alle künftigen Bitgruppen vor Beginn der Bearbeitung berechnet werden, benötigt der Speicher 14 keine wesentliche Speicherkapazität, und demgemäß ist der in gängigen Mikroprozessoren vorhandene Speicher in den meisten Fällen ausreichend.

Der Ausgang des Rechners 13 ist daher eine Folge von aufeinanderfolgende Werkzeugpositionen definierenden Bitgruppen, die als Echtzeitdaten in Zeitintervallen erzeugt werden, die durch die Signale des R-Positionsgebers 15 und des Z-Positionsgeber 16 bestimmt sind. Diese Folge von Bitgruppen wird von einem Digital/Analog-Wandler 18 empfangen, der jede Bitgruppe in ein Werkzeughalter-Positionssignal mit konstanter Amplitude entsprechend dem Wert der zugehörigen Bitgruppe umwandelt, wobei die Dauer eines jeden Werkzeughalter-Positionssignals gleich dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen ist.

Dieser Ausgang (welcher tatsächlich eine Reihe von aufeinanderfolgenden Stufen ist) wird einem Schrittwandler 20 des Signalprozessors 19 zugeführt. Im Schrittwandler 20 wird die Amplitude eines jeden Signals gespeichert, bis das nächstfolgende Signal empfangen wird. Sobald die Amplitude des nächstfolgenden Signals erfaßt wurde, gibt der Schrittwandler 20 an seinem Ausgang ein kontinuierliches Signal ab, welches einen Anfangswert gleich dem Wert des ersten empfangenen Signals und einen Endwert gleich dem Wert des nächstfolgenden Signals hat. Wenn also ein Unterschied in den Amplituden der zwei aufeinanderfolgenden Signale vorliegt, steigt oder fällt das kontinuierliche Signal zwischen dem Anfangswert und dem Endwert allmählich. Dieser Anstieg oder Abfall kann linear sein, jedoch ist dies nicht unbedingt notwendig.

Der Ausgang des Schrittwandlers 20 ist daher ein kontinuierliches Signal, welches sich fortschreitend derart ändert, daß am Ende von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen gleich den Zeitintervallen der digitalen Signale die Amplitude des Signals auf die aufeinander folgenden Werte der digitalen Signale bezogen ist. Dieses kontinuierliche Signal kann daher als ein Analogon zur Folge der Werkzeughalterpositionssignale angesehen werden, die die gewünschte radiale Position des Werkzeuges 26 bei einer Folge von (R, Z)-Positionen am Werkstück 10 darstellen.

Dieses kontinuierliche Signal wird als Eingangssignal einer Rückkopplungs-Regeleinrichtung 21 des geschlossenen Werkzeug-Regelkreises 22 zugeführt. Der Ausgang der Rückkopplungs-Regeleinrichtung 21 wird einem Werkzeugstellantrieb 23 zugeführt, der den Werkzeughalter in radialer Richtung R in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal bewegt. Der Ausgang des Werkzeugstellantriebs 23 wird von einem Werkzeug-Radialpositionswandler 24 (Proportional-Rückkopplung) und einem Werkzeug-Radialgeschwindigkeitswandler 25 (Differential-Rückkopplung) überwacht, wobei diese beiden Wandler Rückkopplungssignale bezüglich der Werkzeugposition und der Werkzeuggeschwindigkeit an die Rückkopplungs-Regeleinrichtung 21 anlegen, die diese Rückkopplungssignale benutzt, um das vom Signalprozessor 19 kommende kontinuierliche Signal in Übereinstimmung mit den Rückkopplungssignalen zu modifizieren.

Demgemäß braucht sich der Rechner 13 nicht mit der Rückkopplungsregelung der Werkzeugpositioniersignale zu befassen. Dies wird in rein analoger Weise im Regelkreis 22 bewerkstelligt. Dies ist ein weiterer Faktor, der es ermöglicht, daß der Rechner 13 ein Mikroprozessor ist, wobei doch hohe Umlaufgeschwindigkeiten und Änderungen der Werkzeugposition innerhalb einer Umdrehung möglich sind.

Der Schrittwandler 20 bewirkt durch seine Arbeitsweise eine Zeitverzögerung im System. Eine weitere Zeitverzögerung wird durch die Trägheit des Werkzeugs 26 und des zugehörigen Werkzeughalters eingeführt. In der Regel ist dies nicht problematisch, da diese Zeitverzögerungen, die konstant sind, einfach das Profil rund um das Werkstück um einen bestimmten Winkel verschieben, etwa um eine oder zwei der aufeinanderfolgenden R-Positionen, um 2,5° oder 5°. Es kann jedoch der Fall sein, daß das Werkstückprofil eine ganz bestimmte räumliche Ausrichtung zu irgendeinem anderen Werkstückmerkmal aufweisen soll. Beispielsweise kann es, wenn das Werkstück 10 ein Kolbenrohling ist, erforderlich sein, daß der Kolben eine bestimmte räumliche Ausrichtung bezüglich eines Kolbenmerkmals, wie der Kolbenbolzenbohrung, aufweist. In diesem Fall kann der Rechner 13 so programmiert werden, daß die Bezugspunktpositionen, von denen weg die Werkzeugpositionen berechnet werden, um einen Abstand gleich der Zeitverzögerung im System versetzt werden. Dies bringt das Profil in die erforderliche räumliche Ausrichtung.

Der Werkzeugstellantrieb 23 und der Werkzeughalter 26 können von jeder herkömmlichen Art sein, vorausgesetzt, daß sie eine Reaktion auf das Regelsignal mit ausreichender Geschwindigkeit ermöglichen, um das Werkzeug in die erforderliche Position innerhalb des notwendigen Zeitintervalls zu bewegen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, einen herkömmlichen Werkzeugschlitten zu verwenden, der von einem Schrittmotor über eine Leitspindel angetrieben wird. Auch ist es nicht möglich, eine Langdrehmaschine ("Schweizer Drehbank-Mechanimus") zu verwenden, bei der ein Motor über eine Leitspindel eine Steuerkurven tragende Welle antreibt, wobei die Steuerkurven oder Exzenter umlaufen, um die Werkzeughalter in die und aus der Position zu bewegen. In beiden Fällen sind die Trägheit und die Zeitverzögerung im System so groß, daß eine erfolgreiche Arbeitsweise verhindert wird. Da das an diese Stellantriebe angelegte Signal ein kontinuierliches Signal ist, ergibt sich nicht das Problem der Notwendigkeit einer unendlichen Beschleunigung des Werkzeuges.

Als Beispiel für einen geeigneten Werkzeugstellantrieb 23 kann ein Elektromotor mit hohem Drehmoment und niedriger Trägheit genannt werden, mit einem auf dessen Ausgangswelle direkt angebrachtem Exzenter, und mit einem sich direkt am schwenkbar befestigten Werkzeughalter abstützendem Exzenter, um den Werkzeughalter entgegen der Kraft einer Feder zu bewegen. Andererseits kann der Werkzeugstellantrieb ein sich am Werkzeughalter abstützendes Solenoid aufweisen, oder das Werkzeug 26 kann direkt am Anker des Solenoids befestigt sein. Das Werkzeug kann am Anker eines Linearmotors angebracht sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Werkzeug 26 durch Ultraschall-, Magnetostriktions- oder Drucklufteinrichtungen zu bewegen, die mit ausreichender Geschwindigkeit reagieren können.

Der Rechner 13 kann rasch und einfach programmiert werden, um jedes gewünschte Werkzeugprofil zu erzeugen. Insbesondere ist es durch eine Tastatur, wie in Fig. 1 bei 27 mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist, möglich, das Werkzeugprofil während der maschinellen Bearbeitung zu ändern. Auch ist die spanabhebende Bearbeitung nicht auf die Bearbeitung eines zylindrischen Werkstückes beschränkt; es könnte auch eine im allgemeinen ebene Fläche bearbeitet werden, um ein unebenes Profil zu erzeugen. Außerdem ist es nicht nur möglich, das Äußere des Werkstückes zu bearbeiten, sondern es kann auch das Innere des Werkstückes bearbeitet werden.

Die Fähigkeit der vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung das Werkzeug rasch innerhalb einer Umdrehung bei hoher Drehzahl zu bewegen, ermöglicht es, daß Werkstücke außerordentlich genau und schnell sowie auf jedes gewünschte Oberflächenprofil bearbeitet werden können.

Selbstverständlich ist es auch nicht notwendig, daß das Werkstück umläuft. Es wäre auch möglich, den Werkzeughalter drehend anzutreiben und das Werkstück stationär zu halten. In diesem Fall würden die R-Positionssignale von einem Werkzeughalterantrieb abgeleitet werden, welcher gesondert vom Stellantrieb vorläge, der das Werkzeug in radialer Richtung in Position bringt.

Es kann wünschenswert sein, das Werkstück 10 mit zwei Werkzeugen gleichzeitig maschinell zu bearbeiten. In diesem Fall können zwei Regelkreise der Art, wie vorstehend an Hand von Fig. 1 beschrieben, vorgesehen werden, wobei ein jeder zur Verstellung eines entsprechenden Werkzeuges in Übereinstimmung mit der erforderlichen Werkzeugbewegung dient. Beispielsweise kann gleichzeitig ein Drehen und Bohren eines Werkstückes, ein Plandrehen und Drehen oder Bohren des Werkstückes erfolgen.

Im Fall von komplexen Formen kann es auch wünschenswert sein, die Z- und R-Positionssignale getrennt zu bearbeiten. Eine hierfür geeignete Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Bei dieser Anordnung sind zwei parallele Einrichtungen vorgesehen. Die erste Einrichtung ist im wesentlichen so wie vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ausgebildet und enthält einen Rechner 13, einen Signalprozessor 19 und einen geschlossenen Regelkreis 22, der die radiale Position des Werkzeuges 26 (oder die Position zum Werkzeug in einer Richtung) regelt. Der Rechner 13 wird mit Daten versorgt, die die erforderliche Radialposition des Werkzeuges bei verschiedenen (R, Z)-Positionen definieren. Die zweite Einrichtung enthält einen Z-Positionsrechner 30, welcher Daten empfängt, die durch die erforderliche Geschwindigkeit für die Bewegung des Werkzeuges 26 in der Z-Richtung definiert sind. Diese Daten brauchen diese Vorschubgeschwindigkeit nur bei verschiedenen Änderungspunkten zu definieren, wobei der Rechner eine vorprogrammierte Interpolation ausführt. Der Rechner 30 gibt am Ausgang Positionssignale ab, die an einen Z-Positions-Stellantrieb 29 angelegt werden, der ein Schrittmotor sein kann, um das Werkzeug 26 mit der erforderlichen Geschwindigkeit in der Z-Richtung zu bewegen. Da die notwendigen Geschwindigkeiten oder Änderungen in der Geschwindigkeit in Z-Richtung vergleichsweise niedrig sind, ist es möglich, einen herkömmlichen Schrittmotor ohne Rückkopplungsregelung oder einen hydraulischen oder pneumatischen, mit konstanter Geschwindigkeit zwischen festen Endanschlägen angetriebenen Schlitten zu verwenden.

Das Vorsehen einer gesonderten Z-Positions-Steuereinrichtung ermöglicht ein Ändern der Stellgeschwindigkeit, was notwendig sein kann, wenn das Werkstück aus Materialien von unterschiedlicher Härte zusammengesetzt ist, welche eine maschinelle Bearbeitung mit verschiedenen Geschwindigkeiten erfordern.


Anspruch[de]
  1. 1. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (10), das um eine Achse rotiert, zur Ausbildung eines sich ändernden Profils, enthaltend einen Werkstückantrieb (11), einen Winkelpositionsgeber (15) zum Erzeugen eines Signals, das die Winkelposition des Werkstücks (10) repräsentiert, ein Werkzeug (26), das mittels eines Werkzeugantriebs (23) in einer zur Rotationsachse senkrechten Richtung auf das Werkstück (10) zu und davon weg beweglich ist und mittels eines Werkzeugantriebs (29) in einer Richtung parallel zur Rotationsachse beweglich ist, einen Werkzeugpositionsgeber (24) zum Erzeugen eines Rückmeldesignals, das die Position des Werkzeugs (26) auf dem Weg senkrecht zur Rotationsachse repräsentiert, einen Werkzeuggeschwindigkeitsgeber (25) zum Erzeugen eines Rückmeldesignals, das die Geschwindigkeit des Werkzeugs (26) bei der Bewegung senkrecht zur Rotationsachse repräsentiert, einen Werkzeug-Z-Koordinatenpositionsgeber (16), der ein Signal erzeugt, das die Z-Position des Werkzeugs in Richtung parallel zur Rotationsachse des Werkstücks repräsentiert, eine mit dem Winkelpositionsgeber (15) und dem Werkzeug-Z-Koordinatenpositionsgeber (16) verbundene Einrichtung (13), um abhängig von Winkel- und Werkzeug-Z-Koordinatenpositionssignalen Sollwerte für die Bewegung des Werkzeugs senkrecht zur Retationsachse abzugeben, und ein geschlossenes Regelsystem (22), dem die Sollwerte für die Bewegung des Werkzeugs senkrecht zur Rotationsachse zugeführt werden, vom Werkzeugpositionsgeber (24) und dem Werkzeuggeschwindigkeitsgeber (25) Ist-Werte erhält und einen Ausgang hat, der mit dem Werkzeugantrieb (23) zum Steuern der Werkzeugbewegung verbunden ist, um das bestimmte Profil an dem Werkstück (10) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Regelsystem (22) ein analoges Regelsystem ist und eine Einrichtung (19) zwischen der Einrichtung (13) zur Abgabe der Sollwerte für die Bewegung des Werkzeugs (26) senkrecht zur Rotationsachse und dem Regelsystem (22) angeordnet ist, um aufeinanderfolgende Signale aus der Einrichtung (13) entgegenzunehmen und diese in ein stetiges Analogsignal umzuwandeln.
  2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) einen Rechner (17) aufweist, der aus ihm zugeführten Daten eine Folge von digitalen Signalen erzeugt, die die erforderlichen aufeinanderfolgenden Werkzeugsollpositionen an definierten Winkel- und Z-Koordinatenpositionen an dem Werkstück (10) definieren, daß ein Speicher (14) zum Aufnehmen der genannten Folge von Signalen aus dem Rechner (13) vorgesehen ist, daß die Einrichtung (19) jedes digitale Signal zunächst in ein Werkzeugpositionssignal konstanter Amplitude entsprechend dem Wert des zugehörigen digitalen Signals umwandelt, und die Einrichtung (19) dann das stetige Analogsignal aus der Folge von Werkzeugpositionssignalen konstanter Amplitude erzeugt.
  3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (19) jedes Werkzeugpositionssignal so lange speichert, bis das nächste Werkzeugpositionssignal empfangen wird, und er dann ein stetiges Signal abgibt, das einen Anfangswert aufweist, der gleich dem analogen Wert des ersten Werkzeugpositionssignals ist, und einen Endwert aufweist, der gleich dem analogen Wert des nächsten Werkzeugpositionssignals ist.
  4. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Amplitudenunterschied aufeinanderfolgender Werkzeugspositionssignale das daraus erzeugte stetige Signal einen linearen Anstieg oder Abfall hat.
  5. 5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes digitale Signal, das von dem Rechner (13) erzeugt wird, eine Gruppe aus Bits ist, die für die erforderliche Werkzeugposition repräsentativ ist, wobei ein Digital/Analog-Wandler (18) zum Umwandeln der Bitgruppen in die Werkzeugpositionssignale vorgesehen ist.
  6. 6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bearbeitung eines Werkstücks (10) auf ein Profil, das symmetrisch zu wenigstens einer Ebene ist, die die Drehachse des Werkstücks (10) einschließt, der Rechner (13) Daten aufnimmt, die das Werkstückprofil für nur einen der symmetrischen Abschnitte definieren, wobei der Rechner (13) aus diesen Daten Werkzeugpositionssignale erzeugt, die für die erforderlichen Werkzeugpositionen in sowohl dem genannten einen Abschnitt als auch den übrigen Abschnitten repräsentativ sind.






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