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Vorrichtung zum Positionieren eines verstellbaren
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Maschinenteils, insbesondere einer Werkzeugmaschine Die Erfindung
geht aus von einer Vorrichtung zum Positionieren eines verstellbaren Maschinenteils,
insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit Hilfe eines Positionszählers und einer
auf die gewünschte Position einstellbaren Positionsvorwahleinrichtung, bei der die
Antriebseinrichtung zumindest über einen Vorabschaltpunkt vor dem Erreichen der
vorgegebenen Position in der Einstellgeschwindigkeit reduziert wird und die Endabschaltung
der Antriebseinrichtung stets mit fest vorgegebener reduzierter Geschwindigkeit
erfolgt.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die DE-AS 11 58 621 und die
DE-PS 25 18 363 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist beim Vorsehen nur
eines einzigen Vorabschaltpunktes die maximale Einstellgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung
zu
berücksichtigen. Dies bedeutet, daß aus Sicherheitsgründen der zeitliche Abstand
des Vorabschaltpunktes von dem Endabschaltpunkt so groß sein muß, daß sich bei maximaler
Einstellgeschwindigkeit die Geschwindigkeit auch sicher auf die fest vorgegebene
Abschaltgeschwindigkeit reduziert hat.
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Da die Antriebseinrichtung beim Arbeitsvorgang auch mit kleinerer
Einstellgeschwindigkeit betrieben werden kann, wird bei der bekannten Vorrichtung
daher der Abschaltvorgang bis zum Erreichen der gewünschten Position unnötig verzögert,
was den Wirkungsgrad der Werkzeugmaschine doch stark reduziert. Dieser Nachteil
wird auch dadurch nicht behoben, daß zur Verbesserung der Einstellgenauigkeit die
Abschaltung der Antriebseinrichtung in mehreren Geschwindigkeitsstufen erfolgt,
da die Vorabschaltpunkte ebenfalls unter Berücksichtigung der maximalen Einstelleschwindigkeit
der Antriebseinrichtung fest vorgegeben sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art so zu verbessern, daß unter Beibehaltung-der definierten Endabschaltung mit
einer fest vorgegebenen Abschaltgeschwindigkeit der Zeitbedarf für die Abschaltung
auf ein Minimum reduziert und so der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Vorabschaltpunkte in Abhängigkeit von der Ist-Geschwindigkeit
so -veränderbar sind, daß mit zunehmender Ist-Seschwindigkeit auch der zeitliche
Abstand des Vorabschaltpunktes von dem Endpunkt der Einstellung zunimmt.
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Durch diese von der Ist-Geschwindigkeit abhängige Lage der Vorabschaltpunkte
wird der Zeitbedarf für die Abschaltung
der Antriebseinrichtung
zum Erreichen der vorgegebenen Position stets nur auf das von den tatsächlichen
Einstellbedingungen erforderliche Maß gebracht und so der Wirkungsgrad der Vorrichtung
erhöht.
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Der Sicherheitsabstand kann dabei dadurch klein gehalten werden, daß
der zeitliche Abstand des Vorabschaltpunktes etwas größer ist als die Auslaufzeit
der Antriebseinrichtung von der Ist-Geschwindigkeit zu der fest vorgegebenen Abschaltgeschwindigkeit.
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Die Vorrichtung läßt sich nach einer Weiterbildung dadurch vereinfachen,
daß der zeitliche Abstand des Vorabschaltpunktes nach einer vorgegebenen Funktion
in Abhängigkeit von der Ist-Geschwindigkeit festgelegt ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung, die sich mit einfachen
elektronischen Schaltkreisen realisieren läßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß aus
den Impulsen eines Positionsimpulsgebers eines Meßwertes mittels einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
ein die Ist-Geschwindigkeit der Antriebseinrichtung kennzeichnendes elektrisches
Signal ableitbar ist, daß dieses Signal zusammen mit der von der Positionsvorwahleinrichtung
vorgegebenen Position einem Abschaltrechner zuführbar ist, daß der Abschaltrechner
aus diesen zugeführten Informationen den Vorabschaltpunkten und dem Endabschaltpunkt
zugeordnete Abschalt-Positionen ermittelt und daß die Antriebseinrichtung der Übereinstimmung
der Ist-Position des Positionszählers mit einer dieser Abschalt-Positionen entsprechend
in der Geschwindigkeit reduzierbar bzw. abschaltbar ist.
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Die Steuerung der Antriebseinrichtung kann dabei in vorteilhafter
Weise dadurch erfolgen, daß die Ist-Position des Positionszählers dauernd mit den
im Abschaltrechner ermittelten Abschalt-Positionen verglichen wird und daß bei Ubereinstimmung
der Ist-Position mit einer einem Vorabschaltpunkt zugeordneten Abschalt-Position
die Antriebseinrichtung von der Ist-Geschwindigkeit auf die vorgegebene Abschaltgeschwindigkeit
schaltbar ist, während bei Übereinstimmung der Ist-Position mit der dem Endabschaltpunkt
zugeordneten Abschaltposition die Antriebseinrichtung voll abschaltbar ist.
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Eine Weiterbildung der Vorrichtung, die den Einsatz der heute gebräuchlichen
Mikroprozessoren begünstigt, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschaltrechner
auch die Ist-Position des Positionszählers zuführbar ist und daß der Abschaltrechner
aus dieser Ist-Position,der Geschwindigkeitsinformation und der vorgegebenen Position
direkt die Schaltbefehle für die Antriebseinrichtung ableitet. Der als Mikroprozessor
ausgelegte Abschaltrechner kann in einfacher Art alle die erforderlichen Operationen
durchführen.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darqestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 in Ansicht eine Werkzeugmaschine mit einem Positionsimpulsgeber,
Figur 2 schematisch die Abschaltcharakteristik mit einem veränderlichen Vorabschaltpunkt
nach der Erfindung, Figur 3 schematisch die auf Positionen bezogene Abschaltcharakteristik
nach der Erfindung und
Figur 4 ein Blockschaltbild der für die Vorrichtung
nach der Erfindung erforderlichen Einrichtungen.
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Bei der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine ist der Schlitten 11
als verstellbarer Maschinenteil auf dem Grundaufbau 10 der Maschine horizontal verstellbar.
Die Verstellung ist dabei auf die an dem Träger 12 angebrachte Werkzeugaufnahme
13 bezogen und in zwei senkrecht aufeinander ausgerichteten Richtungen abgestellt.
Damit läßt sich eine koordinatenmäßig gesteuerte Einstellung des auf dem Schlitten
11 festgelegten Werkstückes 14 erreichen. Im folgenden wird lediglich auf eine Verstellrichtung
bzw. Verstelleinrichtung Bezug genommen mit dem Hinweis, daß auch in der dazu senkrechten
Richtung dieselben Maßnahmen getroffen werden. Ja, es ist auch so, daß in der vertikalen
Richtung ebenfalls eine Verstelleinrichtung vorgesehen sein kann, die in derselben
Art gesteuert wird.
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Anhand der Abschaltcharakteristik nach Figur 2 soll die Wirkungsweise
der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem einzigen Vorabschaltpunkt erläutert
werden. Auf der Ordinate ist die Ist-Geschwindigkeit V. der Antriebseinrichtung
aufgezeichnet, während die Abszisse den Zeitbedarf t für die Stillsetzung des Maschinenteils
in der vorgegebenen Position pO erkennen läßt. Nimmt man an, daß die Antriebseinrichtung
mit der maximalen Einstellgeschwindigkeit Vmax betrieben werden kann, dann muß beim
Vorabschaltpunkt S1 die Zeitvorgabe t1 bis zum Endabschaltpunkt S2 so groß sein,
daß sie etwas größer ist als die Auslaufzeit ta, die die Antriebseinrichtung benötigt,
um von der maximalen Einstellgeschwindigkeit
Vmax auf die fest
vorgegebene Abschaltgeschwindigkeit Va gebracht zu werden. Die Auslaufzeit ts von
dem Endabschaltpunkt S2 bis zum Endpunkt So des Abschaltevorganges ist dann konstant,
wenn sichergestellt ist, daß die Endabschaltung stets mit der fest vorgegebenen
Abschaltgeschwindigkeit Va erfolgt und kann daher bei der Vorgabe der Position pO
bereits berücksichtigt werden. Damit läßt sich der Einstellfehler sehr klein halten.
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Wird die Antriebseinrichtung jedoch mit einer reduzierten Einstellgeschwindigkeit
Vr betrieben, dann ist die Aus auf zeit ta' von dieser reduzierten Einstellgeschwindigkeit
Vr bis zum Erreichen der vorgegebenen festen Abschaltgeschwindigkeit Va sehr viel
kürzer. Dies bedeutet, daß die Vorgabezeit t1' auch wesentlich kürzer gewählt werden
kann. Gegenüber der bekannten Vorrichtung mit einer festen, auf die maximale Einstellgeschwindigkeit
Vmax bezogenen Zeitvorgabe t1 ergibt sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung
daher ein Zeitgewinn bei der Abschaltung, der durch die Differenz t1 - t1' gegeben
ist. Der Endabschaltpunkt S2' kommt daher früher zum Zuge und der Endpunkt 8o' ist
entsprechend früher erreicht.
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Anhand der Charakteristik nach Figur 3 werden die Verhältnisse der
Vorrichtung nach der Erfindung auf die Positionen des verstellbaren Maschinenteils,
die ja dem Weg des Maschinenteils entsprechen, bezogen. Die vorgegebene gewünschte
Position ist mit pO bezeichnet. Das Maschinenteil kann wieder mit der maximalen
Einstellgeschwindigkeit Vmax oder einer reduzierten Geschwindigkeit Vr bewegt werden.
Unter Berücksichtigung der fest vorgegebenen Abschaltgeschwindigkeit Va muß die
Endabschaltung daher bereits bei der Position p2
vorgenommen werden.
Unter Berücksichtigung der verschiedenen Auslaufzeiten ta bzw. ta' wird eine Kurve
K fest vorgegeben, die die Positionen pl bzw. p1' für den Vorabschaltpunkt bestimmt.
Im Ausführungsbeispiel ist diese Kurve K eine Gerade. Dies muß nicht unbedingt der
Fall sein und hängt von dem Auslaufverhalten der Maschine, d.h. des Maschinenteils
und der Antriebseinrichtung, ab. Die Charakterstik nach Figur 3 zeigt, daß bei der
maximalen Einstellgeschwindigkeit Vmax schon bei der Position p1 die Vorabschaltung
eingeleitet werden muß, während bei der reduzierten Geschwindigkeit V bis zur Position
p1' unverändert r weitergefahren werden kann. Dies wirkt sich in einem Zeitgewinn
bei der Abschaltung aus. Die positionsbezogenen Vorabschaltpunkte sind mit der am
Vorrichtung nach der Erfindung in einfacher Weise ableitbar, wie am Blockschaltbild
nach Figur 4 noch gezeigt wird.
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Der Positionsimpulsgeber des Meßwertes MW liefert MeSwertimpulse i,
die ein Maß für den von dem Maschinenteil zurückgelegten Weg sind. Der Positionszähler
PZ nimmt diese Meßwertimpulse i auf und gibt eine die Position kennzeichnende Information
ab, die der Ist-Position pi des Maschinenteils entspricht. Aus der Impulsfolge der
Meßwertimpulse i leitet eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung VM ein elektrisches
Signal ab, das als Geschwindigkeitsinformation v an einen Abschaltrechner AR weitergegeben
wird. An der Positionsvorwahleinrichtung PVW wird die gewünschte Position po als
Positionsinformation vorgegeben, die dann ebenfalls dem Abschaltrechner AR zugeführt
wird. Aus den zugeführten Informationen ermittelt der Abschaltrechner AR die Positionen
p1 oder p1' und p2 für die Vorabschaltpunkte und den Endabschaltpunkt.
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In einer Vergleichs schaltung VS werden aus der Ist-Position Pi
und
den vom Abschaltrechner AR gelieferten Positionsinformationen Vergleiche angestellt.
Stimmt die Ist-Position Pi mit der vom Abschaltrechner AR gelieferten Position p1
oder p1' überein, dann wird die Vorabschaltung eingeleitet. Die Position p1 oder
p1' hängt von der Ist-Geschwindigkeit V. ab, die V oder V betragen kann. Auch jeder
andere beliebige max r Zwischenwert ist denkbar, für den der Abschaltrechner AR
dann eine entsprechende Position ermittelt. Bei der Vorabschaltung wird die Antriebseinrichtung
so umgeschaltet, daß die Ist-Geschwindigkeit Vi auf die Abschaltgeschwindigkeit
V gebracht wird. Mit dem Antriebsteil AN1 ist angedeutet, a daß bei dieser Koinzidenz
die Einstellgeschwindigkeit Vmax bzw. Vr beendet wird. Stellt die Vergleichsschaltung
VS Koinzidenz zwischen der Ist-Position Pj und der Position p2 fest, dann wird auch
die Abschaltgeschwindigkeit Va beendet, wie mit dem Antriebsteil AN2 angedeutet
ist, der nach der Vorabschaltung die Einstellung mit der fest vorgegebenen Abschaltgeschwindigkeit
Va aufrechterhalten hatte. Dies bedeutet nicht, daß zwei Antriebseinrichtungen vorgesehen
sein müssen. Diese Darstellung dient nur zur Erläuterung der Wirkungsweise. Mit
dem Blockschaltbild nach Figur 4 soll auch nicht auf einzelne konkrete Schaltkreise
hingewiesen werden. Alle Funktionen der Vorrichtung für die geschwindigkeitsabhängige
Vorabschaltung der Antriebseinrichtung können auch von den heute üblichen Mikroprozessoren
ausgeführt werden. So kann die Impulsfolgefrequenz der Meßwertimpulse i des Positionsimpulsgebers
zunächst in eine proportionale Gleichspannung umgewandelt werden, die dann über
einen Analog-Digital-Wandler in eine digitale Geschwindigkeitsinformation v umgewandelt
wird. Der Abschaltrechner AR enthält einen Zuordner, der entsprechend der Kurve
K nach Figur 3 die Geschwindikeitsinformation v in eine Position
p1
bzw. p1 übersetzt und zum Vergleich mit der Ist-Position Pi anbietet. Diese Vorrichtung
kann mittels eines einfachen, preisgünstigen Mikroprozessors realisiert werden,
der auch diesen Vergleich durchführt und die Schaltbefehle für die Antriebseinrichtung
abgibt.