DE1235409B - Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbaenken mit Stufengetrieben - Google Patents

Description

• Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbänken mit Stufengetrieben Bei Drehbänken, insbesondere für das Plandrehen ist es erwünscht, die Schnittgeschwindigkeit unabhängig vom jeweiligen Schneidradius, konstant zu halten. Abgesehen von rein mechanischen Drehzahlsteuereinrichtungen, die dieses Problem mittels komplizierter Steuergestänge lösten, sind schon elektrische Steuereinrichtungen bekanntgeworden, die den Feldwiderstand des Antriebsmotors nach einer Hyperbelfunktion entsprechend der Änderung des Schneidradius stufenweise verändern. Auf diese Weise ist jedoch keine große Genauigkeit erzielbar. Die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit ist bei einer solchen Steuerung nämlich von verschiedenen Störgrößen abhängig, deren Einfluß nicht berücksichtigt wird.
• Für diese Zwecke ist bei Drehbänken mit Stufengetrieben eine elektrische Einrichtung bekanntgeworden, bei der durch eine Regelung mit dem Produkt aus Schneidradius und Motordrehzahl als Istwert und dem Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit und Getriebeübersetzung als Sollwert die Schnittgeschwindigkeit konstant gehalten wird. Hierbei wird ein Potentiometer an den Ausgang eines Tachometerdynamos angeschlossen, der mit dem Antriebsmotor gekuppelt ist. Am Abgriff des Potentiometers, das vom Supportvorschub verstellt wird, entsteht eine Spannung, die dem Produkt von Schneidradius und Motordrehzahl proportional ist und in Vergleich mit einer konstanten Sollwertspannung gesetzt wird, wobei die Differenz dieser beiden Spannungen die die Drehzahl des Motors beeinflussende Steuergröße ist. Formelmäßig ausgedrückt bedeutet die auf Grund der Gleichung daß das Produkt r - N den Istwert und der Quotient den Sollwert darstellt. In der Formel bedeutet R den Schneidradius, N die Motordrehzahl, v die Schnittgeschwindigkeit und ü die Getriebeübersetzung.
• Ausgehend von der zuletzt genannten Einrichtung stellt sich die Erfindung die Aufgabe, den erwähnten Sollwert - und damit bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit die übersetzung - selbsttätig derart optimal zu wählen, daß mit dem in seinem Drehzahlbereich begrenzten Antriebsmotor ein Arbeiten mit vorgegebener konstanter Schnittgeschwindigkeit in ; einem möglichst großen Durchmesserbereich möglich ist. Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbänken mit Stufengetrieben, mit stetiger Steuerung der Drehzahl des Spindelantriebsmotors über einen Regelverstärker, dessen Steuereingang von der Differenz zwischen einem Sollwert, der dem Verhältnis von vorgegebener Schnittgeschwindigkeit zu eingestellter Übersetzung des Stufengetriebes entspricht, und einem Istwert, der aus dem Produkt von Motordrehzahl und Schneidradius gebildet ist, beaufschlab wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen optimalen Auswahl der Stufengetriebeübersetzung ein Umschalter vorgesehen ist, mit welchem vor Beginn des Drehvorgangs der Ausgang des Regelverstärkers von dem Drehzahlsteuereingang des Motors auf den Eingang einer Verstelleinrichtung für den Sollwert und der Istwerteingang für die Motordrehzahl auf einen festen, der kleinstmöglichen Motordrehzahl entsprechenden Wert umgeschaltet werden, wobei außerdem der größte jeweils. vorliegende Arbeitsschneidradius eingestellt ist, derart, daß der Sollwert als nunmehrige Regelgröße auf einen Wert eingeregelt wird, welcher dem eigentlichen Istwert bei kleinstmöglicher Motordrehzahl und diesem Schneidradius entspricht, und :sich aus diesem Wert die optimale Stufengetriebeübersetzung bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit ergibt.
• Der Erfindung kommt besondere Bedeutung zu bei Antriebsmotoren mit relativ kleinem Drehzahlbereich, wie z. B. bei feldgesteuerten Gleichstrommotoren. Sie ist jedoch auch für andere Antriebe mit Vorteil verwendbar. Stets wird dadurch der verfügbare Drehzahlbereich optimal im Sinne einer möglichst auch bei kleinen Schneidradien konstanten Schnittgeschwindigkeit ausgenützt. Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung -eines Ausführungs beispieles, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
• F i g. 1 ist ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinrichtung. Sie besteht aus dem Radiusgeber 1, der von einer Tachometermaschine 2, die mit dem Antriebsmotor 3 gekuppelt ist, gespeist wird. Zur Vorgabe der minimalen Motordrehzahl bei stillstehendem Motor ist eine Spannungsquelle 4 vorgesehen, die mittels des Umschalters 5 auf den Radiusgeber geschaltet werden kann. Am Ausgang des Radiusgebers entsteht also eine Spannung, deren Größe dem Wert r - N bzw. ro - NO proportional ist. Dieser Wert kann mit Hilfe eines Verstärkers 6 verstärkt werden und wird mit dem Sollwert verglichen, der vom Sollwertgeber 7 geliefert wird. Der Sollwert ist nach obigem das Verhältnis der gewünschten Schnittgeschwindigkeit und der Getriebeübersetzung. Die Regelabweichung wird über einen Gegentaktverstärker 8 und einen Endverstärker 9 zur Steuerung des Antriebsmotors 3 in an sich bekannter Weise verwendet. Zwischen den Verstärkern 8 und 9 ist ein mit dem Umschalter 5 gekuppelter Umschalter 5' angeordnet, der vor dem Drehen .den Folgeregelkreis 1 und während des Drehens den Regelkreis für die Schnittgeschwindigkeit II schließt.
• Die Einrichtung wirkt in folgender Weise. Vor dem Drehen werden die beiden Schalter 5 und 5' in die Stellung I gebracht, so daß der Folgeregelkreis I geschlossen ist. Als Sollwert für diesen Regelkreis dient die Größe ro - Na. In Abhängigkeit von dieser Größe wird ein Potentiometer oder eine ähnliche Einrichtung des Sollwertgebers 7 derart verstellt, daß die von ihm gelieferte Spannung, die dem Quotienten entspricht, den Sollwert ro - NO erreicht. Damit ist gewährleistet, daß das Drehen mit der minimalen Motordrehzahl beginnt und damit die Schnittgeschwindigkeit über einen weiten Bereich des Schneidradius konstant gehalten werden kann.
• Aus dem derartig erhaltenen Wert ist nun bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit die übersetzung ü ohne weiteres bestimmbar. Sie wird entweder abgelesen und von Handeingestellt oder automatisch geschaltet.
• Darauf werden die Umschalter 5 und 5' in die Stellung II gebracht, worauf nun der Wert als Sollwert und die Größer - N als Istwert des Regelkreises II für die Schnittgeschwindigkeit dient.
• Bei automatischen Drehbänken ist es beispielsweise zur Herstellung konusförmiger Drehflächen üblich, auf den Support einen Schlitten mit einem gewissen Anstellwinkel aufzusetzen. Für diesen Fall zeigt F i g. 2 schematisch eine Möglichkeit zur Erfassung des Schneidradius. Der Radiusgeber besteht aus zwei linearen und einem Cosinuspotentiometer. An die Klemmen 10 und 11 wird die Ausgangsspannung des Tachometerdynamos 2 bzw. der Spannungsquelle 4 angeschlossen. Der Radius r ergibt sich gemäß F i g. 3 als r=x-y-coscx, wobei x den Abstand der Drehachse d des Schlittens auf dem Support von der Spindelachse s und y den Abstand der Drehscheibe von der Schlittendrehachse bedeutet. Am Ausgang 12, 13 des Radiusgebers entsteht somit die Größe N-(x-y-cosa)=N-r. Zur Bestimmung der Übersetzung kann eine Anordnung nach F i g. 4 dienen. Sie enthält ein Potentiometer 14, dessen Abgriff mit einer Walze 15 verbunden ist. Die Walze ist in F i g. 4 aufgerollt dargestellt. Auf ihrer Umfangsfläche sind Linienzüge ü1 bis ü7 vorgesehen, die den einzelnen Übersetzungen entsprechen. Ein feststehendes Fenster 16 trägt ein;. Skala 17 der Werte der Schnittgeschwindigkeit. Sobald nun durch den Folgeregelkreis I der richtige Wert am Potentiometer 14 eingestellt ist, kann man an dem feststehenden Fenster die für die jeweils gewünschte Schnittgeschwindigkeit erforderliche übersetzung ablesen. Soll die Übersetzung automatisch eingestellt werden, so kann man die Walze als Kontaktwalze ausführen und mit ihr elektromagnetische Kupplungen steuern.
• Im übrigen ist die Ausbildung der einzelnen Elemente des Regelkreises, insbesondere der Verstärker, für die Erfindung unwesentlich. Es können magnetische oderelektronische, insbesondere Transistorverstärker verwendet werden. Will man die Bestimmung des Schneidradius durch eine Potentiometeranordnung vermeiden, so kann man hierfür auch optische Einrichtungen u. dgl. anwenden. In diesem Fall erfolgt die Produktbildung von Sehneidradius und Motordrehzahl vorteilhaft mittels eines Hallgenerators.
• Die Steuerung des Motors 3 durch die aus dem Regelkreis gewonnene Stellgröße kann entweder über den Feldkreis oder über den Ankerkreis, gegebenenfalls auch über beide Kreise, erfolgen. Letztere Maßnahme wird insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn der durch eine Feldregelung erzielbare Drehzahlbereich nicht ausreicht.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Schnittgeschwindigkeit bei Drehbänken mit Stufengetrieben, mit stetiger Steuerung der Drehzahl des Spindelantriebsmotors über einen Regelverstärker, dessen Steuereingang von der Differenz zwischen einem Sollwert, der dem Verhältnis von vorgegebener Schnittgeschwindigkeit zu eingestellter Übersetzung des Stufengetriebes entspricht, und einem Istwert, der aus dem Produkt von Motordrehzahl und Schneidradius gebildet ist, beaufschlagt wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur selbsttätigen optimalen Auswahl der Stufengetriebeübersetzung ein Umschalter vorgesehen ist, mit welchem vor Beginn des Drehvorgangs der Ausgang des Regelverstärkers von .dem Drehzahlsteuereingang des Motors auf den Eingang einer Verstelleinrichtung für den Sollwert und der Istwerteingang für die Motordrehzahl auf einen festen, der kleinstmöglichen Motordrehzahl entsprechenden Wert umgeschaltet werden, wobei außerdem der größte jeweils vorliegende Arbeitsschneidradius eingestellt ist, .derart, daß der Sollwert als nunmehrige Regelgröße auf einen Wert eingeregelt wird, welcher dem eigentlichen Istwert bei kleinstmöglicher Motordrehzahl und diesem Schneidradius entspricht, und sich aus diesem Wert die optimale Stufengetriebeübersetzung bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit ergibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß zur Eingabe des festen, .der kleinstmöglichen Motordrehzahl entsprechenden Wertes eine feste Spannungsquelle dient.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche über-Setzung selbsttätig aus dem eingeregelten Sollwert bestimmt und selbsttätig am Stufengetriebe, vorzugsweise mittels elektromagnetischer Kupplungen, eingestellt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 359 862, 705 086, 863 436, 948 750; französische Patentschrift Nr. 974 938.