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Vorrichtung zum Abtasten eines Musters zum Steuern, insbesondere von
Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten eines Musters,
wie sie insbesondere für die Steuerung von Werkzeugmaschinen in Betracht kommt,
bei denen z. B.. der Stahl nach einer bestimmten Kurve zu führen ist.
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Eine unmittelbare Ableitung der Bewegung des Stahles von einem Kurvenkörper
ist meistens wegen der großen Kräfte und des durch diese bedingten Verschleißes
nicht angängig. Aus diesem Grunde sind hydraulische Nachsteuereinrichtungen entwickelt
worden, die auf dem Prinzip beruhen, mit der Kurve einen Kraftschalter zu steuern,
der nur geringe Kräfte erfordert, während der Kraftschalter einen Verstellmotor
nachsteuert, wobei durch eine Rückführung die Bewegung des Arbeitszylinders derjenigen
des Kraftschalters verhältnisgleich gehalten werden soll.
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Eine solche hydraulische \ Nachsteuereinrichtung mag den im starken
Verschleiß begründeten Nachteil beseitigen. Sie ist aber in den meisten Fällen recht
kompliziert, da sie eine Gestängeübersetzung erfordert, die mit großer Genauigkeit
hergestellt werden muß.
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Bekannt sind weiter Vorrichtungen zur Steuerung der gegenseitigen
Bewegungen von Werkzeug und Werkstück bei Drehbänken ' und Fräsmaschinen unter Verwendung
lichtempfindlicher Zellen, deren wechselnder Beleuchtungszustand von einer Steuerschablone
abhängig und für den jeweiligen Steuervorgang bestimmend ist. Diese Vorrichtung
beruht auf einer optischen Abtastung des Musters; die elektrische Steuermittel erfordert
und infolgedessen gerade auch bei Werkzeugmaschinen eine unerwünschte Komplizierung
bedeutet.
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Die Erfindung bringt eine neue Lösung, die nicht nur jede Abnutzung
des Musters vermeiden soll, sondern auch mit einfachen Mitteln, also ohne optische
Abtastung und elektrische Steuermittel, eine hohe Nachfolgegenauigkeit ohne Schwierigkeiten
gewährleistet.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, das Muster
mit einem Druckmittelstrahl abzutasten und zwischen dessen Austrittsdüse und einer
den Strahl aufnehmenden sowie mit der Austrittsdüse starr verbundenen Auffangdüse
eine quer zum Strahl bewegte Steuerkante als Abschirmkante anzuordnen. Dabei dient
der sich in der Aufiangdüse einstellende Druck zur Nachsteuerung sowohl des nach
dem . -Muster zu bewegenden Körpers, z. B. Werkzeugträgers, als auch zur Nachsteuerung
der beiden Düsen im Sinne einer Gleichhaltung des Auffangdüsendruckes. Es wird also,
sobald die steuernde Abschirmkante ihre Lage in bezug auf den Druckmittelstrahl
ändert, dieser in die alte Relativlage zurückgeführt, d. h. also der Kante nachgesteuert.
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Der nachzusteuernde hörleer, z. B. der Werkzeugträger . einer Werkzeugmaschine
oder ein selbsttätig zu führender Schneidbrenner, wird von einem Druckmittelmotor
erstellt, der nach Maßgabe des in der Auffangdüse herrschenden Druckes angetrieben
wird, und zwar entweder unmittelbar von diesem Druck oder (vornehmlich für den Fall
großer Steuerkräfte) unter Vermittlung eines Verstärkers, der zwischen Auffangdüse
und Motor geschaltet wird.
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Dabei empfiehlt es sich, den- Druckmittel-Motor gleichzeitig zur Nachsteuerung
des Druckmittelstrahles und seiner Auffangdüse heranzuziehen, d. h. den Kolben *des
Druckmittelmotors mit der Auffangdüse und der Strahlaustrittsdüse zu verbinden.
Der Kolben steuert dann gleichzeitig den abtastenden Druckmittelstrahl und das der
Leitkurve nachzuführende Glied.
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Die "Zeichnungen veranschaulichen schematisch einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes.
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Die Leitkurve i -wird in Richtung des Pfeiles 2, etwa mit einem Uhrmotor,
bewegt. Die steuernde Kante k der Leitkurve ragt in den aus einer Düse 3 austretenden
Druckmittelstrahl, z. B. Preßluftstrahl, hinein, der von einer Auffangdüse 4. aufgenommen
wird, die der Austrittsdüse 3 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Düse 3 wird das
Druck-Mittel (Preßluft) über zwei Leitungen 5 und 6 zugeführt, die durch ein Gelenk
7 miteinander verbunden sind, damit die Düsen 3 und .4 der Kurvenform der Steuerkante
k folgen können.
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Aus dein gleichen Grunde sind zwei hintereinandergeschaltete Leitungsstücke
S und g, in welche die Auffangdüse .I einmündet, durch ein Gelenk to miteinander
verbunden.
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Die Austrittsdüse 3 und die Auffangdüse 4. sind beide an einem Tragkörper
II angeordnet, der an dein Ende der Kolbenstange 12 eines Kolbens 13 befestigt ist.
Der Zylinder rd. ist wie ein Verstell- oder :-Servomotor an ,beiden Seiten an je
eine Druckmittelleitung 15 und 16 angeschlossen. In diesen beiden Leitungen wird
ein Drucktmittelstrom nach Maßgabe der Änderungen des Druckes in der Auffangdüse
4. erzeugt.
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Beim dargestellten Beispiel wird zu diesem Zweck die von der Auffangdüse
.M kommende Leitung g an eine Membrankammer 17 angeschlossen, deren Membran I8 das
Strahlrohr Ig eines Strahlrohrkraftschalters steuert und so in der beim Strahlrohr
bekannten Weise je nach der Ausschlagrichtung und der Ausschlaggröße des Strahlrohres
Ig einen Differenzdruck in den beiden Leitungen 15 und i( erzeugt, der seinerseits
den Kolben 13 in der einen oder anderen Richtung verschiebt.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn bei der Bewegung des Kurvenkörpers
i in Richtung des Pfeiles 2 die steuernde Kante k zurücktritt. dem Druckmittelstralil
den Weg also mehr freigibt, steigt der Druck in der Auffangdüse 4.. Infolgedessen
wird die 'Membran I8 stärker belastet und das Strahlrohr t9 (gegen die Wirkung einer
Einstellfeder 2o) nach links geschwenkt und so der Druck in der Leitung 15 gesteigert.
Der Kolben 13 wird also nach rechts verschoben und dabei gleichzeitig der Druckmittelstrahl
in seine alte Lage zur steuernden Kante zurückgeführt und das zu steuernde Glied,
also z. B. der Stahl einer Werkzeugmaschine. der Leitkurve k nachgeführt. Es braucht
nämlich das nachzuführende Glied nur Mit dem anderen Ende 12a der Kolbenstange verbunden
zu werden.
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Triff unigekehrt die steuernde Kante k stärker in den Druckmittelstrahl
hinein,-schirnit ihn also mehr ab, dann sinkt der Druck in der Auffangdüse q.. Demzufolge
drückt die Feder 2o das Strahlrohr Ig nach rechts und erzeugt einen Überdruck auf
der rechten Seite des Steuerkolbens 13. Der den Kolben 13 belastende Differenzdruck
bleibt so lange bestehen, bis die Düsen 3 und .M und damit der Druckmittelstrahl
ihre alte Lage relativ zur steuernden Kante k erreicht haben.
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Der an sich bekannte Strahlrohrkraftschalter ich arbeitet also wie
der Kraftschalter eines mittelbar wirkenden Gleichwertreglers mit der @@ufgabe,
den Druck in der Auffangdüse .I konstant zu halten.
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Die beschriebene Vorrichtung versagt auch selbst in den Fällen nicht.
in denen der Verlauf der steuernden Kante 7z sich sprunghaft ändert: denn sobald
die beiden Düsetl 3 und d. den Bereich der Steuerkante 7z völlig verlassen. indem
sie viel zu weit außen oder innen liegen, tritt grundsätzlich die gleiche Erscheinung,
wie oben geschildert, auf, d. h. es
ändert sich der Druck in der
Auffangdüse 4., und der geänderte Druck bleibt so lange bestehen, bis der Steuerkolben
13 den alten Drück in der Düse 4 und damit die alte Lage des Druckmittelstrahles
zur Kante k wieder hergestellt hat.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten
Nachsteuereinrichtungen dadurch aus, daß der Leitkurvenkörper mechanisch so gut
wie gar nicht beansprucht wird. jedenfalls irgendeine Abnutzung durch Verschleiß
nicht zu befürchten ist. Wegen der besonderen Art der Abtastung mittels eines Druckmittelstrahles
kann der Leitkurvenkörper aus ganz dünnem Werkstoff, also z. B. aus einer Folie,
und infolgedessen sehr billig hergestellt werden. Wegen der Vermeidung der Abnutzung
durch Verschleiß wird selbstverständlich die Genauigkeit der nach der Leitkurve
leerzustellenden Werkstücke selbst im Falle großer Serien gewährleistet.
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Die Form des Leitkurvenkörpers, seine Bewegung, sein Antrieb usw.
sind grundsätzlich für die Vorrichtung gemäß der Erfindung gleichgültig, die Steuerkurve
kann z. 13. auch in Polarkoordinaten dargestellt werden (vgl. .11)b. 2). In diesem
Falle würde der Kurvenkörper eine Umlaufbewegung erhalten.
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Ebenso besteht ohne weiteres die Möglichkeit, den Kurvenkörper dreidimensional
zu ,gestalten, d.h. finit einer Raumkurve zu arbeiten. Einen solchen Fall veranschaulicht
Abb. 3. Hier erhält der Kurvenkörper neben der Längsbewegung in Richtung des Pfeiles
2a eine Auf- und Abbewegung in Richtung des Pfeiles 2b. Wegen der Raumform kann
hier der Kurvenkörper nicht ohne weiteres gleichzeitig zum Abschirmen des Druckinittelstrahles
verwendet werden. Es wird deshalb nach Abb. 3 ein besonderes Abschirmblech 2 i vorgesehen,
das mit seiner vorderen Steuerkante k in den Druckmittelstrahl genau so wie der
Kurvenkörper i nach Abb. i hineinragt und das kraftschlüssig in Anlage am Kurvenkörper
i gehalten sowie in einem Lager 22 in Richtung des Pfeiles 23 verschiebbar geführt
wird. Ein vom Lager 22 aufgenommener Taster 24 trägt eine Rolle 2j, die an dem Kurvenkörper
bei dessen Bewegungen nach dein Pfeil 2a abrollt.
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Im übrigen ist der Aufbau und die Wirkungsweise hier ,genau die gleiche
wie im Falle nach Abb. i, und es ist lediglich wegen der Raumform des Kurvenkörpers
das besondere Abschirmblech 21 vorgesehen, dessen Kante k hinsichtlich der Nachsteuerung
gleichbedeutend mit der steuernden Kante der Leitkurve ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 wird ohne einen Verstärker
zwischen der Auffangdüse 4 und dein Nachstellmotor 13, 14 gearbeitet. Hier handelt
es sich um eine Leitkurve i, die zwei parallele Steuerkanten h1 und k2 hat. Jede
der beiden Kanten wird mit einem Druckmittelstrahl abgetastet, wobei die Auffangdüse
4a des einen Druckmittelstrahles an die eine Seite des Zylinders 14 und die Auffangdüse
4.b des anderen Druckmittelstrahles an die andere Seite (los Zylinders r.4 unmittelbar,
d. hi. ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers, angeschlossen ist: Der Tragkörper
r i (vgl. Abb. i) für die Austritts-und die Auffangdüse jedes der beiden Druckinittelstralilen
ist mit dem anderen Tragkörper starr verbunden und wiederum an der Kolbenstange
12 des Nachstellmotors 13, 14. befestigt.