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Spindelantrieb für ein- und mehrspindlige Drehmaschinen
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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Gattungsbegriff
des Anspruches 1.
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ns ist insbesondere bei numerisch gesteuerten SinspLndel-Drehmaschinen
bekannt, durch das Steuerprogramm einen Sollwert für die Drehzahl des regelbaren
antriessmotors vorzugeben. Am Antriebsmotor selbst sitzt ein Istwertgeber. In einer
zugeordneten Regeleinrichtung werden der Istwert und der Sollwert miteinander verglichen
und im bedarfsfall wird der antriebsmotor entsprechend geregelt, um der Arbeitsspindel
die gewünschte Drehzahl zu erteilen. Im Antriebszug vom regelbaren Antriebsmotor
zur Arseitsspindel sitzt dabei auch ein Schieberäder aufweisendes Schaitgetriebe.
Dieses dient zur aereichsumschaltung. Der mögliche Regelsereich des Hntrieusmotors
ist nämlich normalerweise kleiner als der gewünschte Drehzahlbereich für die maschine.
Soll nun bei den bekannten Maschinen dieser Art eine bereichsumschaltung stattfinden,
die entweder von Hand oder auch automatisch geschehen kann, muß für die bereichsumschaltung
in jedem Fall ein Stillsetzen oder
zumindest ein erhebliches Reduzieren
der Drehzahl auf einen Mindestwert geschehen, so daß nicht unbeträchtliche Nebenzeiten,
zusätzliche mechanische Beanspruchungen und Energieverluste in Kauf zu nehmen sind.
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In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, für den speziellen Anwendungsfall
des Gewindeschneidens auf der Spindel einen weiteren Istwertgeber in Form eines
digital arbeitenden Impulsgenerators anzubringen, dessen Impulse dann in die Steuerung
für die Vorschubmotoren eingehen, damit man insoweit immer die genaue Zuordnung
von Arbeitsspindel und Gewindeschneidmeißel hat. Der drehzahlregelbare Antriebsmotor
für die Spindel wird hierdurch in keiner Weise beeinflußt. Dies gilt auch für die
spezielle Gewindeschneidvorrichtung nach der DE-PS 23 06 137, bei der eine im Vorschubantrieb
für den Gewindeschneidmeißel liegende Kupplungsvorrichtuny dadurch möglichst stoßfrei
gekuppelt werden soll, daß der ständig mit der Leitspindel in getrieblicher Verbindung
stehende Teil der Kuppelvorrichtung in deren ausgerücktem Zustand mittels eines
drehzahlregelbaren Motors antreibbar und auf eine Synchronisierdrehzahl bringbar
ist, die von der Drehzahl des mit der Vorschubwelle in Verbindung stehenden Teiles
der Kuppelvorrichtung um eine feste vorgegebene Differenzdrehzahl abweicht.
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Bei Mehrspindel-Drehautomaten, bei denen die Spindeln in einem weiterzuschaltenden
Spindelträger angeordnet sind, ist es bekannt, die Spindeldrehzahlen nicht nur zentral
über ein zentrales Spindelrad, sondern im Fall von Sondereinrichtungen zusätzlich,
oder auch ausschließlich, von außen an die Spindel lagen heranzuführen. Dies
bedeutet
aber, daß das auf der Spindel sitzende antriebsrad und das mit inm in Eingriff stehende
Rad vor dem Weiterschalten des Spindelträgers in jedem Fall außer Eingriff gebracht
werden müssen, während nach dem Weiterschalten entsprechende Räder erneut in Eingriff
miteinander geschoben werden müssen. Auch bei derartigen Drehmaschinen hat man sich
in diesen Fällen bislang gezwungen gesehen, entweder über Stillsetzungen stillstandsschaltungcn
durchzuführen, oder aber man hat über ein kompliziertes System von zahlreichen Kupplungen
und Getriebezügen mit einer komplizierten steuerungstechnischen Verknüpfung, also
mit sehr hohem baulichen Aufwand, einen Synchronlauf der jeweils ineinanderzuschiebenden
Räder erzeugt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgaoe zugrunde, einen Spindelantrieb
der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der unter Vermeidung von Nebenzeiten und Energieverlusten
sowie bei denkbar einfachem konstrutiven und steuertechnischen Aufbau eine einwandfreie
Schieberadschaltung gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1.
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Ein derartiger Spindelantrieb ist in seinem Aufbau und auch steuerungstechnisch
einfach und ermöglicht dadurch, daß er im Bedarfsfall den abgetrennten Antriebszugabschnitt
überwacht und den noch mit dem Antriebsmotor in Verbindung stehenden Antriebszugabschnitt
auf Synchronlauf nachregelt, ein einwandfreies Schalten der Schieberäder, ohne daß
hier Stillsetzurigen u.dgl. erforderlich wären. So kann beispielsweise bei numerisch
gesteuerten Einspindel-Drehmaschinen in
denkbar einfacher Weise
der vorhandene drehzahlregelbare Antriebsmotor einschließlich der ihm zugeordneten
Regeleinrichtung ausgenutzt werden, um durch Hinzufügen des drehzahlmessenden Sollwertgebers
und einer zweckentsprechenden Auslegung der Regeleinrichtung auf sehr einfache Weise
das bislang erforderliche Stillsetzen bei Bereichsumschaltungen zu vermeiden. Bei
mehrspindligen Drehmaschinen kann mit einem derartigen Antrieb das bisherige, baulich
und steuertechnisch äußerst komplizierte System zur Synchronlauferzeugung in Fortfall
kommen, und es wird darüber hinaus es sehr begünstigt, für ein oder mehrere Spindeln
bei derartigen mehrspindligen Drehmaschinen im Bedarfsfall auch eine numerische
Steuerung vorzusehen, weil die für den erfindungsgemdßen Spindelantrieb vorgesehenen
Bauelemente hierfür in besonderem Maße geeignet sind.
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Weitere Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Gegenstandes des
Hauptanspruches sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zwei Ausführungsbeispiele eines Spindelantriebes gemäß der Erfindung
werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen Spindelantrieb gemäß der Erfindung für einen
Einspindel-Drehautomaten mit Bereichsumschaltung in schematischer Darstellung, Fig.
2 einen Spindelantrieb gemäß der Erfindung für eine Mehrspindel-Drehmaschine mit
in einer schaltbaren Spindel trommel gelagerten Spindeln.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Einspindel-Drehmaschine ist eine Drehspindel
1 drehbar in einem Spindelkasten 2 gelagert. Auf der Drehspindel 1 befinden sich
entsprechend zweier Drehzahlbereiche zwei Zahnräder 3 und 4.
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Diese wirken mit einem die Schieberäder 5 und 6 beinhaltenden Schieberadblock
zusammen, der drehfest, aber verschieblich auf einer Welle 7 angeordnet ist, wobei
die Schaltung der Schieberäder 5 und 6 über eine Gabel 8 erfolgt, die mittels eines
Zylinders 9 betätigt werden kann. Die in Fig. 1 dargestellte lviittelstellung des
Schieberadblockes, in der sich keines der Schieberäder 5 und 6 in Eingriff befindet,
ist durch einen Endschalter 10 abfragbar.
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Der Schieberadblock steht über die Welle 7 und einen Riementrieb 11
mit einem drehzahlregelbaren Antriebsmotor 12 in treibender Verbindung. Dem Antriebsmotor
12 ist als Istwertgeber seiner Drehzahl ein Tachogenerator 13 zugeordnet.
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Der regelbare Antriebsmotor 12 wird im Normalbetrieb über eine Regeleinrichtung
geregelt, die einen vom Steuerprogramm beaufschlagbaren Sollwertgeber 14 beinhaltet,
der über einen Multiplizierer 15 auf einen Regler 16 arbeitet, der den Abgleich
des von dem Tachogenerator kommenden Istwertsignals mit dem Sollwertsignal durchführt
und auswertet und im Fall einer Regelabweichung dem Antriebsmotor 12 eine positive
oder negative Stellgröße zum Beschleunigen oder Abbremsen übermittelt. Der Endschalter
10 ist für jede seiner Stellungen mit einer Signalleitung 17 bzw. 18 mit dem Multiplizierer
15 verknüpft. Ferner ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Spindel 1 über
einen Abtrieb 19 ein drehzahlmessender Sollwertgeber 20
zugeordnet,
der über einen Eingang 21 ebenfalls mit dem Multiplizierer 15 verknüpft ist.
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Die Auslegung ist nun so getroffen, daß im Fall einer Getriebeschaltung
vom Multiplizierer 15 das über den Eingang 21 ankommende Signal des der Drehspindel
1 zugeordneten Sollwertgebers 20 abgefragt wird. Dieser Wert ist gesehen vom nachzuregelnden
Antriebsmotor 12 aus ein Sollwert. Er ist zugleich der Istwert der Drehspindel 1.
Nun kann der Schieberadblock auf die in der Zeichnung dargestellte Mittelstellung
geschoben werden. Diese Stellung wird durch den Endschalter 10 erfaßt, der seinerseits
jetzt eine Umschaltung des Multiplizierers 15 bewirkt dergestalt, daß die Regeleinrichtung
jetzt durch den Abgleich der Sollwerte des Sollwertgebers 20 mit dem Istwertgeber
13 den Antriebsmotor 12 und den mit ihm verbundenen-Abschnitt des Antriebszuges
einschließlich der Schieberäder 5 und 6 so nachregelt, daß ein Synchronlauf für
das nun zu schaltende Räderpaar erreicht wird. Ist dieser Synchronlauf erreicht,
wird das vom Regler 16 zum Antriebsmotor 12 kommende Signal zu Null, was als Steuerimpuls
für die Einschaltung des betroffenen Schieberadpaares ausgenutzt wird. Nach erfolger
Bereichsumschaltung mittels des Schieberadgetriebes wird, ausgelöst von der dann
vorhandenen Stellung des Endschalters 10, der Multiplizierer 15 wieder umgeschaltet
dergestalt, daß er wieder den Sollwert des vom Steuerprogramm gespeisten Sollwertgebers
14 abfragt und damit die Spindeldrehzahl auf der jeweils programmierten Arbeitsdrehzahl
hält.
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In Abwandlung des vorstehena beschriebenen Ausfdhrungs beispiels wdre
es auch möglich, jeder Getriebestufe einen eigenen drehzahlmessenden Geber zuzuordnen.
Es könnte dann auf den Nultiplizierer verzichtet werden.
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Es würde dann am Reglereingang jeweils das eine oder andere der jeweiligen
Gebersignale direkt abgefragt werden.
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bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einem
iWIehrspindel-Dreilautomaten ausgegangen, Dei dem mehrere Drehspindeln 1' in einer
von Spindellage zu Spindel lage weiterschaltbaren Spindel trommel 22 angeordnet
sind, die in einem Spindelständer 2' drehbar gelagert ist. Ausgangspunkt ist ferner,
daß in einer oder mehreren oder allen Spindel lagen ein von außen herangeführter
Spindelantrieb vorgesehen ist, der auf ein auf jeder Drehspindel befestigtes Zahnrad
3' wirkt. Dieses Zahnrad 3' wird von einem Schieberad 5' angetrieoen, das über einen
Zylinder 9' verschiebbar ist und verschieblich, aber drehfest auf einer Welle 7'
sitzt, die über einen Riementrieb 11 mit dem drehzahlregelbaren Antriebsmotor 12
verbunden ist, dem als Istwertgeber seiner Drehzahl ein Tachogenerator 13 zugeordnet
ist. Um die Spindel trommel 22 von Spindel lage zu Spindel lage weiterschalten zu
können, müssen vor jeder Weiterschaltung die jeweiligen Radpaare 3', 5' außer Eingriff
gebracht werden. Nach erfolger Weiterschaltung muß der Eingriff wieder hergestellt
werden, wozu ein Synchronlauf zu erzeugen ist, wobei zur Klarstellung darauf hinzuweisen
ist, daß die Drehspindeln ja während des Weiterschaltens der Spindeltrommel weiterlaufen,
selbst dann, wenn sie vom Antrieb abgekuppelt sind. auf den Spindeln sind nun kodierte
Gebereinrichtungen
20' angeordnet, die durch einen berührungslos arbeitenden Sensor 20" abgefragt werden
können. Es handelt sich hierbei um den Drehzahl-Istwert der jeweiligen Spindel 1'
und es handelt sich dabei zugleich aus der Sicht des auf Synchronlauf hierzu nachzuregelnden
Schieberades 5' einschließlich des Antriebsmotors 12 um den Sollwert. Dieser Drehzahlwert
wird über einen Digital-#nalogwandler 23 in eine analoge Größe umgewandelt, die
von dem Regler 16 abgefragt und mit dem Istwert aus dem Istwertgeber 13 abgeglichen
werden kann. Die Regeleinrichtung ist nun so ausgelegt, daß im Falle einer Schaltung
der Drehzahlwert des Gebersystems 20', 20" vom Regler 16 abgefragt wird, der Abgleich
mit dem Istsignal durchgeführt wird und der Antriebsmotor 12 so nachgeregelt wird,
daß das Schieberad 5' auf Synchronlauf mit dem zu beaufschlagenden Zahnrad 3' gehalten
wird, wenn zum Zwecke der Spindeltrommelschaltung die Antriebsverbindung zeitweilig
unterbrochen ist.
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L e e r s e i t e