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Stguergerät für eine automatische Werkzeugmaschine Diese Erfindung
betrifft Steuergeräte für automatische Werkzeugmaschinen und insbesondere einen
Steuermechanismus, der sich selbst an die Schneidbedingungen anpaßt un.
d beson" ders für die Verwendung bei einer Metall zerspanenden Werkzeugmaschine
geeignet ist.
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Bei den Metall zerspanenden Arbeitsgängen, wie Fräsen und Bohren,
wurde allgemein in der Vergangenheit ein schneidendes Werkzeug mit einer vorgewählten
Geschwindigkeit gedreht, und das Werkzeug sowie das Werkstück wurden relativ zueinander
mit einer vorgewählten konstanten Vorschubgeschwindigkeit bewegt. Die.vorgewählten
Vorschübe und Geschwindigkeiten wurden aufgrund der Annahme ausgewählt, daß für
jedes gegebene Material udd Werkzeug die verschiedenen Parameter, wie die Bearbeitbarkeit
des Materials und die Geometrie des Schneidwerkzeuges, konstant bleiben würden und
deshalb
die Anwendung einer einzigen konstanten Schnittgeschwindigkeit und einer gleichförmigen
Spandicke einen Schneidarbeitsgang liefern würde, wie er nicht besser sein Itann.
Letzte experimentelle Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Bearbeitungsparameter
nicht konstant bleiben, sondern eher dauernd fluktuieren, so daß die herkömmlichen
Schneidpraktiken nicht die besten, wirksamsten Verfahren zur Metallentfernung sind.
Es ist jetz#bekannt, daß das Entfernen eines Spans von einer gewissen plastischen
Verformung des Werkstückes in der Zone der Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück
begleitet ist und daß in der Zone nach dem Entfernen des Spans Spannungen zurückbleiben,
welche eine Verfestigung zur Folge haben. Die Faktoren, welche die Verfestigung
des Werkstückes bewirken. wurden ermittelt und hängen in der Hauptsache von der
Scherfestigkeit des Werkstückmaterials und dem Abnutzungszustand des Werkzeuges
ab, wobei der letztere ein beschleunigt ansteigender Faktor ist, da, wenn das Werkzeug
die-Wirkungen der Abnutzung zu zeigen beginnt, eine gesteigerte Verfestigung des
Werkstückes eintritt, welche dann wiederum eine noch größere.Ab-nutzung hervorruft,
bis das Schneidwerkzeug ausfällt. Letzte me-tallurgische Fortschritte haben hochfeste
Legierungen möglich gemacht, die jetzt als "exotisch" bezeichnet werden, und diese
sind besonders schwer zu bearbeiten, da sie die Neigung zur Verfestigung während
des-Schneidens in gesteigertem Maße besitzen.
nisses der Fräserablenkung
d über der Schneidkraft steuert,
Das Verhältnis kann ausgedrückt werden durch
wobei
d x und
d y die radialen Ablenkungen des Fräsers relativ zur
Spindelachse sind und
f c die tangentiale Schneidkraft ist, welche als das
Spindeldrehmoment mit geeigneter Einstellung für den Fräserdurchmesser gemessen
werden kann,-Dieses Verhältnis ist besonders wirksam für die Steuerung von Schneidvorgängeng
da es umgekehrt proportional der Steife oder Starrheit der Maschine und des Fräsers
und eigentlich unabhängig von der Breite des Schnitts, der Tiefe des Schnitts, der
Geschwindigkeit und dem Vorschub ist,-
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Es ist auch der Reibung am Span und der Werkzeugberührung, der Härte
des Werkstückes, der Flankenabnutzung des Werkzeuges und den Ratterbedingungen direkt
proportional, In ihrer bevorzugten Form umfaßt die Erfindung auch eine Überlaufsteuerung
(override controle) durch die sowohl die Spindelgeschwindigkeit als auch die Vorschubgeschwindigkeit
zwischen voreingestellten Mindest- und Höchstwerten als linear ansteigende Funktion
der Schneidkraft für geringe Kräfte zwischen Null und einem gewählten Prozentsatz
der vollen Schneidkraft, z..B. von Null bis
1 % des vollen Ausschlages, gesteuert
werden. Dadurch wird ein sicheres Eindringen in Materialien mit zäher Haut von unbekannter
Härte
ermöglicht und die Verfet#tigung verringert, indem die Schneidgeschwindigkeit
bei Schneidstahlruhebedingungen verringert wird, Ein weiteres Merkmal des Steuersystems
ist ein Netzwerkg welches die Vorschubgeschwindigkeit während der Perioden erhöht,
in denen keine Berührung des Fräsers vor dem Eintritt in das Werkstück und na oh
dem vollständigen Verlassen des Werkstückes stattfindet. Das System enthält auch
ein Überlaufsteuernetzwerk, welches die Vorschubgeschwindigkeit gemäß einer linear
abnehmenden Geschwindigkeit verringert, wenn die Fräserablenkung einen bestimmten
Prozentsatz der größten zulässigen Fräserablenkung überschreitet. Gleichermaßen
wird das Spindeldrehmoment durch ein Überlaufsteuernetzwerk überwacht, welches die
Vorschubgeschwindigkeit mit linear abnehmender Geschwindigkeit verringertg wenn
die Spindeldrehmomentlast oder die Schneidkraft einen vorbestimmten Prozentsatz
des größten zulässigen Wertes übersteigt, um so den Stillstand des Spindelmotors
zu verhinderno Indem die Prozentsätze der beiden letztgenannten Überlaufsteuerungen
verhünftig hoch ange-' nommen werden# ergibt sich daraus das geringstmögliche Opfer
an Produktionsgeschwindigkeit, Da das Steuersystem die Koordinatenablenkung des
Fräsers ve.rwendetg und sie deshalb messen sowie ein diese Ablenkung darstellendes
Analogsignal erzeugen muß, ist das System leicht anpaßbarg um diese Analogsignale
an ein numerisches Steüersystemo als Korrektureignale zu geben, um Veränderungen
in der Werk-
in Fig.
1 in vereinfachter Form dargestelltg und sie zeigen
eine Standardausführung einer Säulenfräsmaschine, die
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einige Änderungen aufweist, welche aus der Beschreibung hervorgehen
werden. Die Maschinensäule 10 enthält eine drehbare Spindel 11, deren
vorderes Ende aus der Säule 10 herausragt und üblicherweise so ausgebildet
ist, daß es einen Fräser 12 aufnehmen und halten kann. Der Fräqer 12 wirdg wenn
er durch die N")pindel 11 gedreht und mit einem Werkstück 13 in Berührung
gebracht wird, Material von dem Werkstück 13 in einem Fräsvorgang entfernen.
In dem gezeigten Beispiel ist die Spindel 11 an einem festen Ort drehbar,
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und das Werkstück.13 wird mit dem Fräser 12 in Berührung gebracht,
um die Vorschubbewegung zu erzielen, Das Werkstück 13 wird in einer Befestigung
14 gehalten, die sicher auf dem Maschinentisch 15 befestigt ist@ Der Tisch
15 wird gleitend auf einem Schlitten 16 mit Längsschienen
17, 18
getragen, auf denen der Tisch 15 durch Erregen eines Motors
19 bewegbar ist. Der Motor 19 ist in dem hierin beschriebenen Beispiel
einhydraulischer Motor, dessen Ausgang ein konstantes Drehmoment, aber eine veränderliche
Arbeitsgeschwindigkeit aufweist. Der Motor 19 treibt ein Zahnrad 20, welches
in eine Zahnstange 21 auf der Unterseite des Tisches 15 eingreift, um dessen
Bewegung auf den Schienen 17, 18
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zu bewirken. Das Zahnrad 20,und die Zahnstange 21 sollen nur die mechanische
Verbindung zwischen dem Motor 19 und dem Tisch 15 veranschaulichen,
und der Antrieb kann selbstverständlich
duroh jedes mechgnische
Äquivalent dazu erfolgen, wie z,B, durch einen Mechanismus aus Schraube und Mutter
oder irgendeinen anderen Tischantrieb, wie er dem Fachmann bekannt ist, Die Drehung
der Spindel 11 wird
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ebenfalls nur beispielhaft mit einem Motor 22 mit konstantem Drehmoment
aber veränderlicher Geschwindigkeit gezeigt. In dem gezeigten Beispiel handelt es
sich um einen hydraulischen Motor, der ein Zahnrad 23 treibt, das in ein
Zahnrad 24 an der Spindel 11 eingreift. Die Zahnräder 23, 24 liefern
ein vorbestimmtes Antriebsübersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 22 und der Spindel
11, und obwohl nur zwei Zahnräder gezeigt werden, kann ein Getriebe vorhanden
sein mit einer Vielzahl von Zahnrädern, die wahlweise umschaltbar sind, um eine
Anzahl vorbestimmter Übersetzungsverhältnisse zur Spindel 11 zu schaffen,
Getriebe dieser Art sind bekannt und brauchen im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung nicht genauer beschrieben zu werden.
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Die beschriebene Maschine enthält einen Satz Sensoren 25 in
einer Übermittlungseinheit rund um das vordere Ende der Spindel 11, um Signale
zu liefern, welche für die Erzeugung einer Analogspannung verwendet werden, die
propor,. tional der Ablenkung des Endes der Spindel 11 isty an dem der Fräser
während des Arbeitsganges befestigt ist, Dieses Signal ist proportional der Ableinkung
des Fräsers 12 selbst, Die Sensoren 25 sind jedes Mal gleich und so angeordnet,
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daß sie eine Ablenkungeinformation gemäß den K 09Gdinatenrichtungen
liefern.
Desha-lb sind die Sensoren 25 um
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90 Grad- im Abst'and voneinander rund um die Spindel
11 angeordnet, und diametral gegenüber liegende Paare liefern jeweils die
Ablenkungsinform4tionen bezüglich der einen der beiden Koordinatenachsen, Einer
der Sensoren 25 wird in Fig. 3 in den Einzelheiten,gezeigt. Er besteht
aus einem Befestigungsblock 26, welcher an der Säule 10 nahe der Spindel
11 angebracht werden kann. Ein Ausleger 27 erstreckt sich nach außen
vom Block 26, und ein Befestigungsabschnitt 28 ist an seinem Ende gegenüber
dem Block 26 ausgebildet» Eine Schraube 29 sitzt in dem Abschnitt 28 und
wird von einem vorgespannten Kugellager 30 umgeben, dessen äußerer Laufring
an eine ringförmige Schulter 31 angreifen und auf dieser laufen kann, Diese
Schulter 31 ist an der Spindel 11
befestigt und an Ort und Stelle so
geschlif - fen, daß sie genau mit der Spindel konzentrisch verläuft, Auf
jeder
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Seite des Auslegers
27 ist ein Spannungsmeßgerät
32 befestigt. Die Spannungemeßgeräte
32 können von bekannter Art sein,
und sie erzeugen eine Änderung eines elektrischen
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Signale aufgrund sehr
kleiner Änderungen der Abmessung der Oberfläche, auf der sie befestigt sind, Die
Spannungemeßgeräte
32 sind auf gegenüberliegenden Seiten jedes Sensors
25 angeordnet, und es gibt einen Sensor
25 auf den jeweils diametral
gegenüber liegenden Seiten der Spindel
11, Dadurch wird ein System geschaffen,
bei dem sich Signale aufgrund von Wärmedehnungen der Sensoren
25t der Spindel
11 und der
momentlast des Motors 22 darzustellen, wird auf ein Meßgerät
67 zur sichtbaren Anzeige der Spindelmotor-Drehmomentlast gegeben, wibei
das Meßgerät eine Skala aufweistg die
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in Prozent des erhältlichen Motordrehmomente geeicht ist, sowie ein
ablenkbares Element hat, welches sich um eine Strecke gemäß der Drehmomentlast-Signalamplitude
bewegt.
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Das Motordrehmomentlastsignal wird auf. ein Instrumentenservosystem
gegeben, dessen Eingangsseite ein weiterer Verstärker 68 ist, der einen Parallelwiderstand
69 und die Eingangswiderstände 70, 71 enthält, wobei dieser letzte
Widerstand 71 ein einstellbares Potentiometer istg das durch einen Servomotor
72 betrieben wird. Der positive Ausgang des Verstärkers 68 wird auf
ein Summiernetzwerk mit-den Widerständen 73, 74 gegeben, wo es mit einer
negativen Bezugespannung von einer G leichspannungsquelle 33 summiert
wird, Ein Abweichungesignal wird zwischen den beiden Widerständen 73 und
74 abgenommen und in einem Servoverstärker
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75 verstärkt, dessen Ausgang dazu verwendet wird,den Servomotor
72 in einer Richtung anzutreiben, um das Potentiometer
71 auf einen
solchen Wert einzustellen, bei dem die Ausgangsspannung des Verstärkers
68 dazu neigt, einen konstanten vorbestimmten Wert beizubehalten, der durch
die Gleichspannungsquelle
33 hergestellt wird, Die Gleichspannungequelle
33 gibt ein ausreichendes Signal ab, um die Geaohwindigkeit und den Vorschub
auf dem 'gewählten Minimum zu halten, wenn das Motordrehmomentlasteignal Null ist.
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Spindel
11 durch eine gestrichelte Linie
79 dargestellt.
Das Ablenkungssignal von der Brücke
76 wird auf einen Wechselspannungsverstärker
80 gegeben, In dem es gemäß einem Verstärkungsfaktor verstärkt wirdg der
durch ein Potentiometer
81 eingestellt ist. Der Verstärkernullabgleich wird
durch eine Einstellschraube
82 hergestellt, welche die Einstellung eines
Potentiometers steuert, wie es bei Wechselspannungsverstärkern üblich ist. Das verstärkte
Wechselspannu.ngs-Ablenksignal wird auf eine Detektor- und Demodulatorschaltung
83 gegeben, in der ein Gleichspannungsablenkungssignal,durch eine Schaltung
erzeugt wird, welche ähnlich der in dem Drehmomentsignaldemodulator
59 ist,
Ein Netzwerk mit einem Widerstand 84 und einer Kapazität
85 filtert unerwünschte
Hochfrequenzspitzen weg, und das Signal wird auf eine Quadrierschaltwjg gegeben,
welche einen Verstärker
86 mit gleichen Eingangs- und Parallelwiderständen
87, 88 enthält, um das Vorzeichen des Gleichspannungeablenkungssignals zu
ändern, bevor es auf den
- einen
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der beiden Eingänge einer Multiplizierschaltung 89 gegeben
wird, Der andere Eingang ist das ungeänderte X-Achsen-Ablenkungesignal von der Filterschaltung,
Die Schaltung 89 ist eine herkömmliche Multiplizierschaltung.mit vorgespannter
Diode, wie es bei Analogrechnern üblich ist. Der Ausgang der Multiplizierschaltung
89 ist eine Gleichspannungs-Analogspannung, die das Quadrat der X-Achsen-Ablenkung
mal einem vorbestimmten konstanten Skalenfaktor darstellt.
Die
andere Bezugsachse der Fräaerablenkung kann als Y-Achse bezeichnet werdeng und die
BrÜcke 77 erzeugt dann ein Y-#-Achsen-Ablenkungssignalg wenn die Spannungsmeßgeräte
32 darin durch ein Wee hselapannungseignal vom Oszillator 90
erregt
sind. Die mechanische Verbindung von der Spindel 11
zur Brücke 77 wird
durch die gestrichelte Linie 159 dargestellt. Das Y-Achsen-AblenkungBoignal
von der Schaltung 77
wird in einem Verstärker 91 verstärkt, welcher
mit dem Verstärker 80 identisch ist und mit einer Nullabgleicheinstellung
92 sowie mit einem Potentiometer 93 zur Verstärkungseinstellung ausgerüstet
ist, Das verstärkte Wechselepannungs-Ablenkungesignal wird dann auf eine Detektor-
und Demodulatorschaltung 94 gegebe-, wo ein der Y-Achsen-Fräserablenkung proportionales
Gleich"annungseignal erzeugt und auf eine Filterschaltung gegeben wird.. die einen
Widerstand 55 und eine Kapazität 96 umfaßt und ur-erwünschte Hochfrequenzspitzen
aus dem Gleichspannungssignal entj-Cerrt. Das GleichspannunRosignal wird in diesem
Fall in einem, Netzwerk, bestehend aus einem Verstärker 97 mit einem Eingangewiderstand
98 sowie einem gleich großen Parallelwiderstand 99 und einer Multiplizierschaltung
100 quadriert, welche identisch der Multiplizierschaltung ist, welche oben
für das X-Achoen-Fräserablenkungesignal beschrieben wurde.
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Die beiden quadrierten Präserablenkungseignale werden nach dem Durchgang
durch die Multiplizierschaltungen 899 100
addiertg um ein Signal zu bilden,
welches analog der Summe
der Quadrate ist. Diese Summe entspricht
dem Ausdruck in der Gleichung unter der Wurzel in dem oben angegebenen Verhältnis.
Das die Summe der Quadrate darstellende Signal wird dann auf den Eingang eines Rechners
gegeben, welcher einen Verstärker 101 sowie die Reiheneingangswiderstände
102 bzw. 103 enthält, deren letzterer ein einstellbares Potentiometer ist,
das mit einer Wählocheibe 104 verbunden ist, Die Wählscheibe 104 ist eine Ablenkungstoleranzeinstellung
und ist in Größen der zulässigen Ablenkung geeicht und so eingestellt, daß, wenn
eine vorbestimmte maximale resultierende Ablenkung des Fräsers 12 auftritt, der
Ausgang des ierstärkers 101 vollkommen gleich einer vorbestimmten Bezugsspannung
ist, was einen Vorschub Null zur Folge hat, wie unten beschrieben werden wird, Das
Signal wird dann auf ein Netzwerk mit einem Eingangswiderstand 105, einer
Rückkopplungsdiode 1069 einem Verstärker 107 und einer Quadratwurzelschaltung
108 gegebeng was eine herkömmliche, die Quadratwurzel berechnende Schaltung
von Analogrechnern ergibt. Bei der Berechnung wird die Quadratwurzel durch einen
Quadriervorgang in die Rückkopplungsbahn eines Verstärkers hoher Verstärkung, wie
sie bei Verstärkern verwendet wird, gezogen. Das Quadratwurzelsignal entsteht über
einem Dividiernetzwerk, bestehend aus den Widerständen 1099 110, und ein
Teil wird dort gemäß der Quadratwurzel
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aus dem früheren Eichfaktor der maximal zulässigen Ablenkungseinstellung
gedämpft, da der Widerstand
109 ein ein-
enthält, welches durch eine Wählscheibe 64 für das Spindelübersetzungsverhältnis
eingestellt ist. Der Parallelwiderstand 114 wird in Antwort auf die Einstellung
der Fräserdurchmesserwählscheibe
115 eingestellt, welche so damit verbunden
ist, daß der Ausgang des Verstärkers 112 die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate
der X- und Y-Achsen-Ablenkungen darstellt, und zwar entsprechend geeicht für
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das bestimmte Antriebsübersetzungsverhältnis.zum maximalen Übersetzungsverhältnie
und zum Fräserdurchmesser, Diese Faktoren werden mit dem Quadratwurzelsignal kombiniert,
welches danach mit dem Motordrehmomentsignal kombiniert werden muß, welches unter
Verwendung der Eichfaktoren des Übersetzungsverhältnisses und des Fräserdurchmessers
erzeugt wurde, so daß sich diese Faktoren herausheben, -um das gewünschte Verhältnis
der Quadratwurzel aus der Simme der quadrierten Able nkungen über der tangentialen
Schneidkraft
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zu erhalten. Das Quadratwurzelsignal wird dann als Eingang auf einen
Verstärker 116 über das Eingangspotentiometer 117
gegeben, welches
mechanisch mit dem Servomotor 72 verbunden und durch diesen angetrieben wird,
so daß der Eingangswiderstand eine Funktion des Motordrehmomentsignals ist. Der
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ParallelwidJstand
118 des Verstärkers
116 ist ein Potentiometer,
welches durch eine Trimmereinstellung
119 für die bestimmte Maschine eingestellt
ist, so daß der Parallelwiderstand ausreicht, um einen Reziprokfaktor zu ergeben
und einen. Faktor für das maximale Drehmoment mal dem maximalen Über-
vorbestimmten Spannung istp wenn das Meßgerät
125 eine
Starrheit anzeigt, deren numerischer Wert gleich dem ,qeziprokwert der Scherfestigkeit
des zu bearbeitenden
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aterials wird. Eine Nebenschlußbegrenzerschaltung mit einem Einstellpotentiometer
127 und einer Diode 128 ist mit dem 'Kiderstand 120 verbunden. Das
Potentiometer 127 ist so eingestellt, daß die Nebenschllißbegrenzung eintritt,
wenn das Gleichspannung-,soignal vom #'.riderstand 120 die vorbestimmte Spannung
für die voreingestellte Systemstarrheit erreicht. -nie Diode 128 wird dann
leitend, um das Gleichspannungssignal auf eine Maximalamplitude gleich der vorbestimmten
Spannung zu begrenzen. Das vom Potentiometer 120 abgegriffene Signal ändert sich
zwischen Null und einem maximalen negativen '"#ert aufgrund des Entwurfs der beschrieb'enen
'Schaltung, und das Verhältnissignal ist deshalb auf einen maximalen negativen #1ertbegrenzt.
Der Zweck dieser Begrenzung ist die Einstellung einer minimalen oder Grundgeschwindigkeit
des Steuersystems, da sich die Fräserablenkung und die Schneidkräfte während eines
'.)'chnittes steigern. In Folge der Nebenschlußbegrenzung kann (vas auf die Geschwindigkeitssteuerungen
für die 0'-')'pindel und die Vorschubmotoren 22, 19 gegebene Rückkopplungsverhältnissignal
nicht die vorbestimmte Höhe überschreiten, die durcli die Nebenschlußbegrenzerschaltung
eingestellt ist. Die Einstellung des Starrheitsgrenzpotentiometers 120 legt einen
Maßstab fest für das Signal vom Potentiometer gemäß einer
vorgewählten
Starrheit des Systems, deren Wert der Reziprokwert der Scherfestigkeit des Materials
ist, welches bearbeitet wird. Wenn das Verhältnissignal den begrenzten
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Wert erreicht, ist die gewünschte Starrheit des Systems erreicht,
und das Meßgerät zeigt die Scherfestigkeit des Materials an. Das Verhältnissignal
wird dann auf einen Maximalwert zur Bestimmung einer Mindestgeschwindigkeit begrenzt,
obwohl die Schneidbedingungen die vorgewählten Starrheitsgrenzen übersteigen können.
Dies ist der Grundge-
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schwindigkeits- oder Mindestgeschwindigkeitsüberlauf, wie er während
eines Schneidvorgangs funktioniert.
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Die Mindestspindelgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit des
Systems bei Schneidbedingungen können aufwärts zu einem höheren Wert durch die Einstellung
eines Potentiometers 135 eingestellt werden, über dem das Verhältnissio-nal
vom Starrheitseinstellpotentiometer 120 entsteht, wobei das Verhältnissignal über
einen Leiter 134 und durch eine isolierende Diode 129 auf einen Leiter
160 gegeben wird, welcher wiederum mit dem Potentiometer 135, Fig.
4A9 verbunden ist, Das Potentiometer 135 wird mit Hilfe einer '"ll,ililocheibe
130, die mechanisch damit verbunden und in Prozenten der Geschwindigkeiten
sowohl der Spindel 11 als aiich des Werktisches 15 geeicht ist, eingestellt.
Eine Bezugsspindelgeschwindigkeitsspannung von einer Quelle 131
wird über
Widerstände 132, 137 mit einem Wischerkontakt des Potentiometers
135 verbunden. Die Quelle 131 liefert eine
Spannungg
deren Vorzeichen entgegengesetzt zu dem des Verhältnissignals am Widerstand
135 ist, und die Bezugsspannung von der Quelle 131 und der Abschnitt
des Verhältnissignals t welcher am Potentiometer 135 abgegriffen wird, werden
summiert, um ein Spindelgeschwindigkeitssteuersignal zu liefern. Jede Größe des
Verhältnissignals von der Gesamtgröße bis zu Null kann vom Potentiometer
135 abgegriffen werden, und deshalb kann der Mindestgeschwindigkeitssignaleingang
zur Spindelgeschwindigkeitssteuerung auf eine Größe oberhalb einer Mindestgröße
eingestellt werden, die dem Fall entspricht, daß dEse gesamte negative Amplitudensignal
vom Widerstand 135 verwendet wird, oder es kann unabhängig davon gemacht
werden und nur durch die Bezugsspannung von der Quelle 131 bestimmt werden,
wobei es sich um die maximale Leerlaufgeschwindigkeitssituation handelt, wenn kein
Signal vom IÄTiderstand 135 abgenommen wird.
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Das Potentiometer 135 wird auch zur Steuerung der Eintrittsgeschwindigkeit
des Systems verwendet, d.h., der Geschwindigkeit, mit der ein Üchnitt bei der ersten
Berührung des Fräsers 12 und des Werkstückes 13 begonnen wird. Das Potentiometer
135 ist nur wirksam zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssteuersignals in
der Grundeintrittsmethode der Steuerung, wenn eine Diode 136 in einem Leiter
160
(Fig. 4B) leitet. Dies tritt nur dann ein, wenn ein sehr kleines oder
gar kein Drehmomentsignal festgestellt wird
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und das Potential am Eingang des Servoverstärkers 75 auf einen
vorbestimmten
negativen,Wert gehtp welcher negativer als das Verhältnissignal auf der Leitung
134 ist, wobei zu dieser Zeit die Diode 136 leitet und die Diode
129 gesperrt ist. Es gibt kein Drehmomentsi gnal, wenn keine Berührung zwischen
dem Fräser 12 und dem Werkstück 13 stattfindet. sobald der Fräser 12 an -das
Werkstück 13 angreiftp erhöht sich das Spindeldrehmoment, und das Signal
auf der Leitung 160 wird weniger negativ, um,mit der Steigerung des Geschwindigkeitssignals
vom Potentiometer 135 züi beginnen.
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Zu dieser Zeit wird das Verhältnissignal in der Leitung 134 negativer.
Wenn die Leitung 134 negativer als der Punkt zwischen den Widerständen
73, 74 wird, leitet die Diode 1299
und die Diode 136 wird gesperrt,
Die Steuerung der Spindel-und Vorschubgeschwindigkeiten wird dann von dem Übe.rlaufverfahren
auf das Verhältnissignalverfahren im Prozeß überführt. Das Steuersignal vom Potentiometer
135 ist ein negativer Wert9 welcher zur positiven Spannung der Bezugsquelle
131 durch ein Widerstandssummiernetzwerk addiert wird, welches die Widerstände
132 und 137 enthält. Demnach wird das 2ignal, von den die Spindelgeschwindigkeit
abhängt, wenn der Präser 12 das erste Mal an das Werkstück angreift, auch
durch die Einstellung des Potentiometers 135 bestimmt. Dies ist der Grund-
oder Mindestgeschwindigkeitsüberlaufp welcher vor und während der ersten Berührung
des Igerkstückes 13
durch den Fräser 12 arbeitet. Der gleiche Überlauf
wird wieder angelegt, wenn der Präser 12 das Werkstück 13 verläßt,
da
das Drehmomentsignal zu dieser Zeit in Richtung auf den Leerlaufzustand abnimmt.
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.Das Geschwindigkeitssteuersignal, welches die Summe von entweder
dem Verhältnissignal und dem Bezugspotential von der Quelle 131 oder von
dem Mindesteintrittsgeschwindigkeitssignal und dem Bezugspotential ist, wird dann
durch
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ein Potentiometer 138 als Maßstab eingestellt, welches mechanisch
durch eine Wählscheibe 139 eingestellt wird, um den Bereich der Geschwindigkeiten
festzulegen, in dem die Spindel 11 gedreht wird, d.h. das Geschwin digkeitssteuersignal
ist so eingestellt, daß es eine gewählte maximale Arbeitsgeschwindigkeit für die
volle Bezugsspannung von der Quelle 131 liefert. Ein Einstellpotentiometer
140 ist auch in Reihe mit dem Geschwindigkeitssignaleingang eines Servoverstärkers
141 geschaltet, und dieses Potentiometer wird unter Leerlaufbedingungen mit einem
vollen Bezugsspannungssignal an der Quelle 131 -and keinem L')'ignal vom
Potentiometer 135 eingestellt, um die volle Öffnung einer Servoröhre 142
zu erzielen, welche die Motorgeschwindigkeit zum Antrieb
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der Spindel 11 steuert, so daß eine GeschwindigkeitssigAaldämpfung
am Geschwindigkeit'swählpotentiometer 138 einen richtig geeichten Eingang
des Servoverstärkers 141 liefert, um einen gewählten Geschwindigkeitsbereich
zu erzeugen.
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Der verstärkte Ausgang des Verstärkers 141 ist mit einer Servoröhre
142 verbunden, welche die Arbeitsgeschwindigkeit des Spindelmotors 122 steuert.
Es ist zu sehen, daßy wenn das
von den Ablenkungs- und Drehmomentermittlungssehaltungen
erzeugte Verhältnissignal in der Amplitude wächst, der Geschwindigkeitssignaleingang
zum Spindelmotorantrieb verringert wird, um die Spindel 11 zu verlangsamen,
Die niedrigstmögliche Geschwindigkeitsgrenze ist durch die Diode 128 der
Nebenschluß__begrenzerschaltung festgelegt, und diese kann nach oben durch die teilweise
Dämpfung des Verhältnissignals am Potentiometer 135 eingestellt werden. Die
Geschwindigkeit der Spindel wird konstant durch einen Tachometergenerator
162 überwacht, und dadurch ergibt sich eine sichtbare Darstellung auf einer
Skala 163 zur Erleichterung der Arbeit des Bedienungspersonals.
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Das Verhältnissignal vom Potentiometer 135 wird auch auf die
Geschwindigkeitssteuerschaltung für den Vorschubmotor 19 gegeben und wirkt
auf die gleiche 1;Teise zur Erzeu-2,ung eines Vorschubgeschwindigkeitssignals. Eine
Vorschubbezugsspannungsquelle 143 ist mit dem einen Ende einer opannungssummierschaltung
aus den Widerständen 144, 145p
147 verbunden. Die Quelle 143 legt ein positives,
festes Potential an das eine Ende des Summiernetzwerkes, zu dem das negative Verhältnissignal
'vom Potentiometer 135 algebraisch addiert wird, um ein Vorschubgeschwindigkeitssignal
zu erzeugen, Das Grundeintrittsgesc hwindigkeitssignal vom Potentiometer
135, wenn dJes wirksam ist, wird auf ähnliche Weise im gleichen Netzwerk
summiert. Die erhaltenen Vorschubgeschwindigkeitssignale entstehen über einem Potentiometer
148,
welches mit einer Geschwindigkeitseinstellwählscheibe 139 gekoppelt istl
welche ebenfalls das Potentiometer 138 in der beschriebenen Spindelgeschwindigkeitssteuerschaltung
einstellt. Das Basisverhältnis von Span je
Zahn bei einem Schneidvvorgang
wird durch die Kopplung dieser Potentiometer 138, 139 beibehalten. Eine weitere
Dämpfung des Vorschubgeschwindigkeitssignals ist an einem Potentioineter 149 möglich,
welches durch eine Wählscheibe 150 eingestellt wird, die in Zentimeter
je Umdrehung ceeicht ist, um- eine wahlweise Einstellung der Öpandicke
je
Fräserzahn zu liefern. Das eingestellte Vorschubgeschwindigkeitssignal
wird dann auf ein Potentiometer 151 gegeben, welches auf die gleiche Weise
wie das Potentiometer 140
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unter Leerlaufbedingungen eingestellt wird, um eine 3ervoröhre-
152 und den Motor 19 für einen 'Betrieb bei maximaler Geschwindigkeit
zu eichen, Das Signal vom Potentiometer
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151 wird als Eingang auf einen Servorverstärker 152
gegeben, welcher die Servoröhre 152 zur Steuerung des Motors.19 betreibt.
Die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Tisches 15 ist Überlaufsteuerungen
unterworfen, um die Vorschubgeschwindigkeit bis zum vollen Stillstand zu verringern,
wenn entweder das Spindeldrehmoment oder die Fräserablenkung sich vorbestimmten
maximalen oberen Grenzen nähern. Diese Überlaufsteuerungen verringern das Potential
zwischen den Dividierwiderständen 144, 145 in dem beschriebenen
Addiernetzwerkg
wenn entweder das Drehmomentsignal oder das Ablenkungssignal eine vorbestimmte Größe
überschreiten. Durch Verringern des Potentials in diesem Punkt wird der Geschwindigkeitssignaleingang
zu den Vorschubmotorsteuerschaltungen verringert, um den Petrieb des Motors
19 in Richtung auf den vollständigen L")tillstand abzubremsen. Zum Zwecke
einer Überlaufsteuerung bei übermäßiger Fräserablenkung ist eine Diode 154 in einem
Leiter 161 enthalten, die eine Schaltung vom Punkt zwischen den Widerständen
144, 145 zum Ausgang der Quadratwurzelschaltung 108 in der beschriebenen
Fräserablenkungssignalschaltung vollendet, In der Schaltung mit der Diode 154 ist
ein Gerät 155 mit konstanter Potentialdifferenz enthalten, welches schematisch
durch eine Gleichspannungsbatterie dargestellt ist und welches von jeder bekannten
Form sein kann, die eine konstante Potentialdifferenz zwischen der Diode 154 und
dem Ausgang der Quadratwurzelschaltung 108 beibehält. Das Ausgangssignal
von der Quadratwurzelschaltung 108 in der beschriebenen Ausführungsform ist
ein negatives Gleichopannungsaignal, und das Gerät 155 mit der Potentialdifferenz
hialt die Kathodenseite der Diode 154 auf einem Potential, welches positiv gegenüber
der A.nodenseite ist, bis das ';ignal von der Quadratwurzelschaltung 108
einen vorbestimmten negativen Pegel erreicht. Zu dieser Zeit wird die Diode 154
leitend, da ihre Kathode negativer als die Anode ist. *Der Punkt zwischen den Widerständen
144, 145 wandert dann in
negativer Richtungg und da das Signal
von der Quadratwurzelschaltung den vorbestimmten Pegel übersteigt, wird das Eingangssignal
zur Vorschubgeschwindigkeitssteuerung verringert, und die Vorschubgeschwindigkeit
wird dementsprechend herabgesetzt. Die maximale Träserablenkung, bei der das Jignal
von der Quadratwurzelschaltung 108 den vorbestimmten Pegel übersteigt, um
eine Uerabsetzung der Vorschubgeschwindigkeit zu bewirken, ist durch die Einstellung
der Toleranzwählscheibe 104 bestimmt, die den Maßstab des Signaleingangs zur Quadratwurzelschaltung
l'08 am Potentiometer 103 einstellt. Der Signalausgang"von der Quadratwurzelschaltung
1C8 erreicht den vorbestimmten Pegel, bei dem die Vorschubgeschwindigkeit
abzunehme n beginnt.,bevor die Ablenkung ihre maximal zulässige Größe erreicht,
so daß sich die Vorschubgeschwindigkeit linear Null nähert, wenn sich die Ablenkung
dem Maximum nähert, und deshalb wird die Ablenkung niemals die maximal zulässige
Größe erreichen.
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Die maximale Schneidkraft und das Spindeldrehmoment sind auf ähnliche
Weise wie die maximale Ablenkung durch
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die Verwendung des Motordrehmomentsignals nach der 11berlaufmethode
begrenzt. Die Vorschubgeschwindigkeit wird verringert, um die Spandicke zu verringern,
die sich Null nähert, wenn sich das Motordrehmoment seiner maximalen Größe nähert,
Da die Spandicke verringert wirdg wenn das Motordrehmoment eine vorbestimmte Größe
übersteigt und si'ch dem Maximum nähert# kann das Drehmoment niemals den Höchstwert
erreichen.
Die Begrenzung des Drehmoments geschieht durch eine
Diode 156 und ein Gerät 157 mit konstantem Spannungsabfall, welches
in Reihe in einem Leiter 158 zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände
144, 145 und der'dem Motordrehmoment analogen Spannung am Meßgerät 67 liegen.
Das Motordrehmomentsignal am Meßgerät 67 ist auch ein negatives Signal aufgrund
der Vorzeichenumkehrung durch den Verstärker 61.
Das Gerät 157 mit
konstantem Spannungsabfall und die Diode 156 arbeiten auf die gleiche Weise
wie das Gerät 155 mit konstantem öpannungsabfall und die Diode 154 der beschriebenen,
die Ablenkung begrenzenden Schaltung. Sollten sowohl die Ablenkung als auch das
Motordrehmoment sich gleichzeitig dem Höchstwert nähern, was eine Seltenheit darstellen,würde,
dann würde die Wirkung der beiden Überlaufschaltungen sijmmiert werden, und die
Vorschubgeschwindigkeit würde sich auf die gleiche Weise verringern, um eine übermäßige
Größe irgendeiner dieser beiden Faktoren zu verhindern.
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Das Steuersystem enthält ein zusätzliches Überlaufnetzwerk, welches
während der Zeit funktioniert, in der der Fräser 12 vollständig vom Werkstück
13 entfernt ist und
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weder in das Werkstück eintritt noch dieses verläßt. Dieses Netzwerk
bewirkt eine Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit auf einen voreingestellten Höchptwert
und hat zur Folge, daß der Fräser 12 durch Schnittunterbrechungen mit einer Geschwindigkeit
läuft, welche über der Grundeintrittsgeschwindigkeit
liegt, wodurch
ein Arbeitsgang beschleunigt wird, bei dem eine Reihe getrennter Schnitte vorgenommen
werden muß. Dieses Überlaufnetzwerk wird sehr schnell aus der Steuerung herausgenommen,
sobald der Fräser 12 an das Werkstück
13 angreift. Eine Nebenschlußschaltung
erstreckt sich vom Ausgang des Quadratwurzelnetzwerkes
108
über die Leitung
161 und eine Blockierungsdiode 164 zu einem Leiter
165, in dem eine
konstante Spannungsdifferenz durch ein Gerät
166 mit konstantem 3pannungsabfall
aufrecht erhalten wird. Pine weitere Blockierungsdiode
167 verbindet diese
Nebenschlußschaltung mit einem l#'instelll)otentiometer
151. Wenn kein Ausgangssignal
vom Quadratwurzelrietzwerk
108 kommt, ist die letztgenannte -Diode
167 leitend, und sie legt ein Potential an das Potentiometer
151,
welches einen Betrieb mit maximaler Vorschubgeschwindigkeit beim Motor
19 bewirkt. Eine weitere Blockierungsdiode
168
verhindert, daß das
Signal in die Steuerschaltung in Rückwärtsrichtung zurückgekoppelt wird. Wenn der
Ausgang des Quadratwurzelnetzwerkes
108, ein negatives Signal, eine Amplitude
erreicht, welche gleich oder größer als die Potentialdi,fferenz ist, die durch das
Gerät
166 mit konstantem Spannungsabfall erzeugt wird, sperrt die Piode
167
und die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit wird auf die. oben beschriebene
Schaltung zur Grundeintritts- und Verhältnissignalsteuerung überführt. Es ist herauszustellen,
daß der Ausgang des Quadratwurzelnetzwerkes
108 bis zu einer
gerufen wird. Zusätzlich ist eine Grundeintrittsgeschwindigkeit
vorgesehen, wenn das Fräsen zuerst auftritt. Es ist auch eine Begrenzung der niedrigen
Geschwindigkeit vorgesehen, im das Verhältnissignal zu überlaufen und einen vollständigen
Stillstand sowohl der Spindeldrehung als auch der Vorschubbewegung in dem Fall zu
verhindern, daß das Verhältnissignal einen vorbestimmten Materialwert erreicht.
Während der Zeit des Vorschubes des Werkstückes relativ zum Fräser, in der keine
Berührung-zwischen den beiden stattfindet, wird die Vorschubgeschwindigkeit gesteigert,
um die Arbeitszeit zu verkürzen; doch sobald eine Berührung stattfindet, geht die
Steuerung zu der Grundeintrittsgeschwindigkeitssteuerung über, und nach dem Eintritt
wird die Steuerung an das Verhältnisnetzwerk übergeben.