DE905695C - Sensor control for processing machines - Google Patents

Description

Fühlersteuerung für Bearbeitungsmaschinen Unter einer fühlergesteuerten Bearbeitungsmaschine, etwa einer Fräsmaschine, versteht man eine Werkzeugmaschine, bei der ein Modell durch einen Fühler abgetastet und die Tas.tbewegung über eine z. B. elektrische Steuerung in eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück umgewandelt wird in der Weise, daß das Werkstück (je nach dem Bearbeitungsvorgang) ein positives oder negatives Abbild des Modells ergibt. Die vom Fühler zusammen mit dem Werkzeug ausgeführte Bewegung verläuft dabei nach zwei Richtungen, die im folgenden als Leitvorschub und Fühlvorschub bezeichnet werden sollen. Unter Leitvorschub wird dabei die längs -des Werkstücks bzw. Modells verlaufende !Bewegung verstanden, während der Fühlvorschub senkrecht .dazu verläuft, also in Richtung auf das Werkstück bzw. das Modell zu oder von ihm weg.Sensor control for processing machines Under a sensor-controlled Processing machine, such as a milling machine, is understood to be a machine tool, in which a model is scanned by a feeler and the key movement is controlled by a z. B. electrical control in a relative movement between tool and workpiece is converted in such a way that the workpiece (depending on the machining process) results in a positive or negative image of the model. The ones from the feeler together Movement carried out with the tool runs in two directions, which are shown in the following are to be referred to as master feed and sensing feed. Under master feed is understood to mean the movement along the workpiece or model, while the sensor feed runs perpendicular to it, i.e. in the direction of the workpiece or the model towards or away from him.

Bei den bisherigen Steuerungen dieser Art ergibt sich folgender Bewegungsverlauf. Wird die Maschine eingeschaltet, so arbeitet zunächst nur der Fühlvorschub, und zwar in der Weise, daß Fühler und Werkzeug auf das Modell und Werkstück zu laufen, bis der Fühler am Modell an-stößt. D,ie Fühlvorschubbewegung wird nur um einen, wenn auch geringen Betrag weiter fortgesetzt, bis durch den zwischen Modell und Fühler entstehenden Druck Schaltkontakte am Fühler geöffnet werden, die die Fühlvorschubbewegung abschalten und dafür die Leitvorschubbewegung einschalten. Werkzeug und Fühler führen also jetzt eine zu der bisherigen Bewegung senkrecht verlaufende Bewegung aus. Es sei angetiammen, glas Modell weise eine Hohlfläche auf. Dann wird diese Leitvorschub-Bewegung dazu führen, -daß sich die Entfernung zwischen Fühler und Modell vergrößert, so daß die für den Fühlvorschub bestimmten Kontakte wieder geschlossen werden, wobei gleichzeitig der Leitvorschub ausgeschaltet wird. Das Spiel wiederholt sich, und es- entsteht auf diese Weise eine Art Treppe. Von der Feinheit der Stufen dieser Treppe hängt die Genauigkeit des $earbeitungsvorganbges ab.In the previous controls of this type, the following course of movement results. If the machine is switched on, only the sensing feed, and will initially work in such a way that the feeler and tool run onto the model and workpiece, until the sensor hits the model. The sensor feed movement is only increased by one albeit small amount continued until through the between model and Pressure generated by the sensor Switching contacts on the sensor are opened, which the sensor feed movement switch off and switch on the master feed movement. Guide tool and feeler so now a movement perpendicular to the previous movement the end. Let it be said that the glass model has a hollow surface. Then this master feed movement occurs cause the distance between the feeler and the model to increase, see above that the contacts intended for the sensing feed are closed again, with at the same time the master feed is switched off. The game repeats itself, and this creates a kind of staircase. From the delicacy of the stages of this Staircase depends on the accuracy of the machining process.

Eine andere Möglichkeit der Durchbildung einer derartigen Steuerung ist die, daß man nicht nach Komponenten, sondern nach Resultierenden steuert. In diesem Fall sind Fühlvorschub und Leitvorschub gleichzeitig -eingeschaltet.Another way of implementing such control is that one steers not according to components, but according to the resultant. In In this case, the sensing feed and the master feed are switched on at the same time.

Gemeinsam ist :diesen beiden Steuerungen, daß sie mit einer festen Vorschubdrehzahl arbeiten, also auf die Modellform an der jeweils abgetasteten Stelle keine Rücksicht nehmen.What these two controls have in common is that they work with one fixed Feed speed work, i.e. on the model shape at the point being scanned do not be considerate.

Die Erfindung geht in der Ausbildung einer Fühlersteuerung einen grundsätzlich neuen Weg insofern, als die Bewegung des Werkzeuges gegenüber dem- Werkstück in Abhängigkeit vom Differenzenquotienten an der jeweils abgetasteten Modellfläche gesteuert wird. Das bedeutet also mit anderen Worten, däß - die Durchführung des Bearbeitungsvorganges jeweils von der Kurven- bzw. Flächenneigung gegenüber der Fräsachse abhängig ist.The invention is basically one in the formation of a sensor control new way insofar as the movement of the tool in relation to the workpiece in Dependence on the difference quotient on the respective scanned model surface is controlled. In other words, that means that - the implementation of the Machining process in each case from the curve or surface inclination compared to the Milling axis is dependent.

Die Erfindung sei an Hand eines einfachen Ausführungsbeispiels erläutert. Es soll sich darum handeln, die Kurve i, die z. B. eine Schichtlinie eines nachzubildenden Körpers sein möge, abzutasten, und zwar wie .bereits gesagt wurde, derart, daß die Steuerung in Abhängigkeit vomDifferenzenquotienten dieser Kurve steht. Es wird absichtlich vom Differenzenquotienten und nicht vom Differentialquotienten gesprochen, da die praktische Durchführung wahrscheinlich nicht die Abtastung zweier so eng nebeneinanderliegender Punkte gestatten wird, wie es der Annahme des Differentialquotienten entsprechen würde. Der praktische Weg zur Durchführung der Erfindung wird bei dem Ausführungsbeispiel durch die Verwendung zweier Fühlsti:fte 2 und 3 beschritten, deren gegenseitige Lage zueinander ein Maß für den Differenzenquotienten bildet. Für die Übertragung der Fühlstiftbewegung auf die Steuerung ist eine lichtelektrische Anordnung mit den drei Zellen 4ä, 4b und 4.a vorgesehen, die das Licht einer Lichtquelle 5 über eine Sammellinse 6, einen Spiegel 7 und einen Kondensator 8 erhalten können. Der Spiegel 7 ist an zwei Stangen 9 und io angel.enkt, die durch Federn i i und 12 in ihrer Nullstellung gehalten werden. Außerdem sind hiermit zwei Schalthebel 13 und 14 zur Betätigung der Kontakte 15 und 16 gekuppelt. Die Kontakte 15 und 16 sindgeschlossen, solange die Fühlstangen 2 und 3 noch nicht mit der abzutastenden Kurve i in Blerührung gekommen sind.The invention will be explained using a simple exemplary embodiment. It should be about the curve i, the z. B. may be a layer line of a body to be simulated, to be scanned, as has already been said, in such a way that the control is dependent on the difference quotient of this curve. The difference quotient is deliberately used and not the differential quotient, since practical implementation is unlikely to allow the sampling of two points as closely spaced as the assumption of the differential quotient would correspond to. The practical way to carry out the invention is followed in the embodiment by using two Fühlsti: fte 2 and 3, the mutual position of which forms a measure for the difference quotient. A photoelectric arrangement with the three cells 4a, 4b and 4.a is provided for the transmission of the feeler pin movement to the controller, which can receive the light from a light source 5 via a converging lens 6, a mirror 7 and a capacitor 8. The mirror 7 is hinged to two rods 9 and io, which are held in their zero position by springs ii and 12. In addition, two switching levers 13 and 14 for actuating the contacts 15 and 16 are coupled with this. The contacts 15 and 16 are closed as long as the feeler rods 2 and 3 have not yet come into contact with the curve i to be scanned.

Die weitere Ausbildung der Schaltung sei an Hand der Fig. 2 erläutert. Es war bereits gesagt, daß die Fühler- und Werkzeugbewegung nach zwei i Richtungen verläuft, nämlich einmal in Richtung des Leitvorschubes und- zweitens in Richtung des Fühlvorschuhes. Für diese beiden Bewegungen sind zwei Motoren vorgesehen, und zwar der Motor 17 für .den Fühlvörschub und der Motor i8 für den Leitvorschub. Die Steuerung selbst ist als Leonardschaltung ausgebildet mit einem Leonardgenerator i9 für den Fühlvorschubmötor 17 und einem Leonardgeneratör 2o für den Leitvorschubmotor 18. Die beiden Generatoren i9 und 2o werden zusammen mit der Erregermaschine 2i von einem Motor 22 angetrieben. 23 ist die Erregerwicklung des Generators 19, 24 die Erregerwicklung des Generators 2o. Zur Einstellung der Erregung dienen Widerstände 25 und 26; die über einen Motor 27 eingestellt werden können, und zwar entgegengesetzt in der Weise, daß bei einer Vergrößerung des Widerstandes 26 der Widerstand 25 verkleinert wird:, .und umgekehrt. Der Motor 27 wird durch die Fotozellen 4a bis 4c über eine Verstärkereinri:chtung 28 gesteuert, wie später erläutert werden soll.The further development of the circuit is explained with reference to FIG. It has already been said that the feeler and tool movement run in two directions, namely one in the direction of the guide feed and the other in the direction of the feeler shoe. Two motors are provided for these two movements, namely the motor 17 for .den Fühlvörschub and the motor i8 for the master feed. The control itself is designed as a Leonard circuit with a Leonard generator i9 for the Fühlvorschubmötor 17 and a Leonardgeneratör 2o for the master feed motor 1 8. The two generators i9 and 2o are driven by a motor 22 together with the exciter 2i. 23 is the excitation winding of the generator 19, 24 the excitation winding of the generator 2o. Resistors 25 and 26 are used to set the excitation; which can be set via a motor 27, in the opposite way, in such a way that when the resistance 26 is increased, the resistance 25 is reduced: and vice versa. The motor 27 is controlled by the photocells 4a to 4c via an amplifier device 28, as will be explained later.

Es sei vom Beginn :des Bearlbeitungsvorganges ausgegangen, bei dem idie Fühlstifte 2 und 3 noch nicht zur Berührung mit der Kurve i gekommen sind. Dann sind diie Kontakte 15 und 16 ge- schlossen. Das Schütz 29 zieht an und öffnet die Kontakter 30 und 31 für die Steuerung ides Leitvorschubm:otors ii8. Ferner ischließt es (den Kontakt 32 für die Steuerung des Fühlvorschu'bmotors 17, während gleichzeitig der Kontakt 33 -,geöffnet wird.Let us start from the beginning: of the machining process in which the feeler pins 2 and 3 have not yet come into contact with curve i. Then diie contacts 15 and 16 are closed. The contactor 29 picks up and opens the contacts 30 and 31 for the control ides Leitvorschubm: otors ii8. It also closes (the contact 32 for controlling the feeler feed motor 17, while at the same time contact 33 - is opened.

Für die weitere Erläuterung m@uß noch ein Gedanke kurz erörtert werden. Es sei angenommen, die Maschine arbeite mit einer senkrechten Leitvorschubibeweaa'ung. Modell untd Werkstück sind also senkrecht aufgespannt. Dann muß sich zu Beginn .des Arbeitsvorganges entscheiden, ob man die Aii):elitsb:ew egun#,- von :oben nach unten oder von unten nach oben verlaufen las-sen will. Bei waagerechter Aufspannung ist sinngemäß zu überlegen, ob die Leitvorschubbewegung von rechts nach links oder von links nach rechts verlaufen soll. Zur Bestimmung .dieser Arbeitsrichtung müssen deshalb gew issA Wählerkontakte vorgesehen sein, idie in dem Schaltbild mit 3:4 und 3.5 ibezeichnet sind. Es sei angenommen, .der Bearibeitungsvorgang soll in@it geschlossenem Wählerltonttakt 34 rdurchgeführt wenden.For the further explanation, one more thought must be briefly discussed. It is assumed that the machine works with a vertical guide feed movement. The model and workpiece are therefore clamped vertically. Then at the beginning .des Work process decide whether to Aii): elitsb: ew egun #, - from: top to bottom or want to let it run from bottom to top. In the case of horizontal clamping to consider whether the master feed movement is from right to left or from should run left to right. To determine this direction of work therefore, certain selector contacts must be provided, which are 3: 4 in the circuit diagram and 3.5 are indicated. It is assumed that the editing process should be carried out in @ it closed voter contact clock 34 r carried out.

Es war -bereits gesagt, :daß von den Kontakten, 30 bis 33 beim Anspringen des Schützes 29: lediglich .der Korntakt 32 :geschlossen ist. Hierdurch wird das Schütz 3!6 zum Anspringen gebracht und der Generator ig für eine bestimmte Drehrichtung und Drehzahl des Motors 17 erregt. Es beginnt also eine Fühtvorschubbewegung, d. h. eine Bewegung des Fühlers und Werkzeuges in Richtung auf das Werkstück zu. Diese Bewegung hält so lange an, bis die Fühlstifte 2 und 3 mit der Leitkurve i in Berührung kommen. Es ist dabei- unerheblich, welcher der Stifte die Leitkurve rzuerst berührt; denn gleichgültig, ob der Kontakt 15 oder der Kontakt 16 zuerst unteribrochen wird, es .wird in jedem Falle das Schütz 29 abgeschaltet und damit der Kontakt 3,2 geöffnet, während die Kontakte 36, 31 und 33 geschlossen werden. Das .Schließen ,des Kontakts 31 ist bei dem angenommenen Belispiel wirkungslos, -da ja ider Wählerkontakt 35 offen ist. Dagegen wird jetzt das Schütz 37 an Spannung gelegt, also .der Kontakt 38 geschlossen, damit der Generator 2o erregt und der Leitvorschubmotor 1.8 angelassen, Jetzt tritt idie Steuerung in Abhängigkeit vom Differenzenquotienten in Tätigkeit. Je nachdem nämlich, wie groß die Differenizwirkung der Stangen 2 und 3 ist, wird der Spiegel 7 mehr oder weniger ,nach der einen. oder anderen: Seite ausgelenkt und idamit entweder die Zelle 4a oder eine der beiden anderen Zellen 4b oder 4c erregt. Wird lediglich die Zelle 4a von dem durch den Spiegel 7 reflektierten Lichtstrahl der Lichtquelle 5 getroffen, so wird,zwar .durch das Relais 39i die Schaltonig des Motors 2@7 vorbereitest, jedoch noch keine Einstellung dieses Motors vorgenommen, so daß die Drehzahl des Motors 1$ ,durch idie augenblickliche Einstellung ides Reglers 26 bestimmt ist. Das gleiche gilt auch für die Regelung des Fühlvorschub@motors 17.It was already said: that of the contacts, 30 to 33, when the contactor 29: only. The grain clock 32: is closed. This causes the contactor 3! 6 to start and the generator ig is excited for a specific direction of rotation and speed of the motor 17. A feeding movement begins, ie a movement of the feeler and tool in the direction of the workpiece. This movement continues until the feeler pins 2 and 3 come into contact with the guide curve i. It does not matter which of the pins touches the guide curve first; because regardless of whether the contact 1 5 or the contact 16 is interrupted first, it .wird the contactor 29 is switched off and thus the contact 3.2 is opened, while the contacts 36, 31 and 33 are closed. The closing of the contact 31 is ineffective in the assumed example, since the selector contact 35 is open. On the other hand, the contactor 37 is now connected to voltage, i.e. the contact 38 is closed so that the generator 2o is excited and the master feed motor 1.8 is started. The control now comes into operation depending on the difference quotient. That is, depending on how great the differential effect of the rods 2 and 3 is, the mirror 7 becomes more or less according to the one. or other: side deflected and thus either cell 4a or one of the other two cells 4b or 4c excited. If only the cell 4a is hit by the light beam from the light source 5 reflected by the mirror 7, the switching clay of the motor 2 @ 7 is prepared by the relay 39i, but this motor has not yet been adjusted, so that the speed of the motor 1 $, by i the current setting of controller 26 is determined. The same applies to the regulation of the sensor feed @ motor 17.

Es muß an .dieser Stelle eine Erläuterung eingeschoben werden, warum der Fühlvorschubmotor 17 überhaupt laufen :kann; denn: es wiar bereits erwähnt, idaß durch das Abfallen des Schützes 29 der Kontakt 32' geöffnet war. An sich @würide also. der Fühlvorschubmotor 17 abgeschaltet sein. (Das Schaltbilid zeigt jedoch parallel zum Kontakt 32 einten weiteren Kontakt 40. Dieser Kontakt 40 wird durch einen halbkreisförmigen Nocken 41 am Träger 42 der Fotozellen gesteuert. Die Fotozellen sind nicht fest @geliagert, sondern auch auf einem Kranz 42; der mit dem Motor 27 gekuppelt ist. (An sich könnte hier auch ein besonderer synchron laufender Motor verwendet werden, doch dürfte die unmittelbare Verwendung des Motors 27 einfacher sein.) Dieser Motor 27 Ist ein Rückführrnotor, d. h. er dreht bei jedem Regelispiel ,den Träger 42 @so weit, daß jeweils wieder die neutrale Stellung herbeigeführt wird. Es ist also für idie weitere Betrachtung des Beispiels anzunehmen, daß der Kontakt 40' ,durch den Nocken 41 geschlossen sei. Es laufen also, um das,zuwiederholen, jetzt Fühlvorschubmotor 17 und Leitvorschu'hmotor 18 mit der an, den Reglern25 und 26 eingestellten Geschwindigkeit, wobei diese Geschwindigkeit der :augenblicklichen Kurvenneigung entspricht. Ändert sich diese, isowird der Lichtstrahl abgelenkt und belichtet entweder die Zellen 4b oder 4e. Hierdurch kann entweder das Schütz 43 oder .das Schütz 44 anspringen. und den Motor 27i anlassen.An explanation must be inserted at .this place why the sensor feed motor 17 can run at all: can; because: it has already been mentioned that when the contactor 29 dropped, the contact 32 'was open. So @ würide in itself. the sensing feed motor 17 must be switched off. (The circuit diagram, however, shows a further contact 40 parallel to contact 32. This contact 40 is controlled by a semicircular cam 41 on the support 42 of the photocells. The photocells are not fixed, but also on a ring 42; the one with the motor 27 (A special synchronously running motor could also be used here, but the direct use of the motor 27 should be easier.) that the neutral position is brought about again in each case. For further consideration of the example, it must therefore be assumed that the contact 40 'is closed by the cam 41. So, to repeat this, the sensing feed motor 17 and the guide feed motor 18 are now running with the speed set on, the controllers 25 and 26, whereby this speed corresponds to the current curve inclination. If this changes, the Li chtstrahl deflected and exposed either the cells 4b or 4e. This allows either the contactor 43 or the contactor 44 to start. and start the engine 27i.

Die Drehrichtung dieses Motors iist durch das jeweils angesprungene Schütz 43 oder 44 bestimmt. Der Motor 44 verstellt nun die Regler 24 und 25 entgegengesetzt zueinander je nach der Kurvenneigung in ider Weise, daß entweder der Fühlvorschuih vergrößert und derLeitvorsehub verkleinert wird, was bei steilen; Kurvenstücken erforderlich ist, oder daß umgekehrt bei flachen Kurvenstücken die Fühlvorischwbbewegung verkleinert und :die Leitvorschubbewegung vergrößert wind. Die Bewegung ;des Motors 27 hält so lange an, bis der Motor 27 durch Nachdrehung des Trägers 42 wieder die Mittellage zwischen Lichtstrahl und Fotozellen hergestellt hat.The direction of rotation of this motor is determined by the Contactor 43 or 44 determined. The motor 44 now adjusts the controllers 24 and 25 in opposite directions to each other depending on the inclination of the curve in the same way that either the Fühlvorschuih is enlarged and the Leitvorsehub is reduced, which is the case with steep; Curve pieces is required, or that, conversely, the Fühlvorischwbbewegung in the case of flat curve pieces decreased and: the master feed movement increased wind. The movement; of the motor 27 continues until the motor 27 by rotating the carrier 42 again Has established a central position between the light beam and the photocells.

In der Fig. 3 ist eine Anordnung kurzangedeutet, bei der die Zwischenschaltung eines mechanischen Fühlers entfällt. Die Leitkurve ioo ist als reflexionsfähig angenommen und wird unmittelbar durch eine lichtelektrische Zelle ioii abgetastet, deren reflektierter Strahl i o2 je nach der Kurvenneigung auf eine Zelle 103a, ia3b oder 103c fällt. Das Regelgerät i04 entspricht dem Gerät 28, der Motor i05 dem Motor 27 und die Widerstände i06 und 107 den Widerständen 25 und 26. Beiden Ausführungsbeitsp.ielen ist die Tatsache gemeinsam, daß,die Steuerung den Fühlvorschub und den Leitvorschub nicht lediglich von idem Vorhandensein einer Steuerfläche oder Steuerkurive schlechthin abhängig macht, siondern daB die Steuerung die jeweilige Kurven- bzw. Flächenneigung, also den Differenizenquotienten, an der abizutastenden Stelle berücksichtigt.In Fig. 3, an arrangement is briefly indicated in which the interconnection a mechanical sensor is not required. The leading curve ioo is assumed to be reflective and is scanned directly by a photoelectric cell ioii, whose reflected Ray i o2 falls on a cell 103a, ia3b or 103c depending on the inclination of the curve. The control device i04 corresponds to the device 28, the motor i05 to the motor 27 and the resistors i06 and 107 to resistors 25 and 26. Both working examples are the fact in common that the control not only the sensing feed and the master feed absolutely dependent on the presence of a control surface or control curve makes, that the control siondern the respective curve or surface inclination, that is the difference quotient, taken into account at the point to be scanned.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Fühlersteuerung für Bearabe:itungsmaschinen, z. B. FrIsmaschinen, Stoßmaschinen, Drehbänke u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück in Abhängigkeit vom Differeneenquotienten an der jeweils abzutastenden Modellfläche gesteuert wird. PATENT CLAIMS: 1. Sensor control for machining: iting machines, z. B. frying machines, slotting machines, lathes and the like., Characterized in that the movement of the tool in relation to the workpiece as a function of the difference quotient is controlled on the respective model surface to be scanned. 2. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, idaß die Größe des Differenzenquotientendurch eine Mehrzahl von lichtelektrischen Zellen gemessen und in eine Regelung ider umgesetzt wird.2. Control according to claim i, characterized in that the magnitude of the difference quotient is represented by a plurality measured by photoelectric cells and converted into a control system.