DE1552273B2

DE1552273B2 - Vorrichtung zum ausgleich der steigungsfehler einer vorschubspindel

Info

Publication number: DE1552273B2
Application number: DE19661552273
Authority: DE
Inventors: Seiuemon Dipl Ing Kawasaki Shimizu Kanryo Dipl Ing Shimajiri Tokiji Dipl Ing Tokio Mon Haiime Dipl Ing Gifu Inaba, (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd, Kawasaki, Kanagawa (Japan)
Priority date: 1965-01-28
Filing date: 1966-01-26
Publication date: 1973-02-15
Also published as: DE1552273A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Steigungsfehler einer einen Gegenstand, z. B. eine Tafel, verstellenden Vorschubspindel, die entsprechend den durch Impulsreihen abgebildeten Sollwerten und diesen überlagerten dem Ort und der Größe der Steigungsfehler verhältigen Korrekturimpulse steuerbar ist.

Bei selbsttätig durch einen Rechner od. dgl. gesteuerten Werkzeugmaschinen erfolgt der Antrieb von gewissen Einstellvorrichtungen der Maschine durch eine Vorschubspindel, die mittels eines Servomotors entsprechend den durch Impulsreihen abgebildeten Sollwerten angetrieben wird. Da hierbei die Spindeln einen nicht vernachlässigbaren Steigungsfehler aufweisen, kann das betreffende Glied, z. B. eine Tafel, der Werkzeugmaschine nicht genau bewegt werden, solange dieser Steigungsfehler nicht ausgeglichen ist.

Man hat diesen Ausgleich bisher dadurch zu erreichen versucht, daß eine die Steigungsfehler der Vorschubspindel wiedergebende Kurve zur Bildung einer Korrektur-Kurvenscheibe benutzt wird. Mittels dieser durch den Einstellmotor der Spindel mitbewegten Kurvenscheibe wird ein Impulserzeuger betrieben, der somit eine der Fehleinstellung entsprechende Anzahl Impulse erzeugt, die dann auf den Impulsmotor im korrigierenden Sinn zur Einwirkung gebracht werden. Die Herstellung einer solchen Kurvenscheibe erfordert einen hohen Kostenaufwand; auch muß diese Scheibe bei längerem Gebrauch und damit bei starker Abnutzung der Antriebsspindel erneuert werden, um den Einstellungsfehler genügend genau erfassen und korrigieren zu können.

Der Erfindung liegt· die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausgleich der Steigungsfehler einer Vorschubspindel zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile vermeidet und die jederzeit mit einfachen Mitteln zum Ausgleich der Steigungsfehler neu justiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine der Anzahl und dem Vorzeichen der erforderlichen Korrekturimpulse entsprechende Zahl Impulserzeuger unterschiedlichen Vorzeichens in einer ίο Größe des jeweiligen Steigungsfehlers der Spindel verhältigen Dichte über die Länge der Spindel hintereinander vorgesehen und durch ein von der Spindel einstellbares Teil betätigbar ist.

Zwar sind zur Abgabe von Impulsen an sich schon Bänder oder Lochstreifen bekannt, die von der Spindel unabhängig sind und eine gegenüber der Spindel größere Länge und damit größere Impulsdichte aufweisen könnten. Aber gerade diesen Lösungsmöglichkeiten gegenüber ist die Beschränkung auf die ao Spindellän'ge von Vorteil. Dann sind nämlich keine mechanischen Übersetzungsteile erforderlich und die genaue Impuisabgabe ist allein durch eine einfach und genau ausführbare Längenmessung zur Bestimmung des Ortes der Impulsgabe festlegbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht zur Erzielung unterschiedlicher Vorzeichen Impulserzeuger quer zur Spindelachse vor. Auch ist es vorteilhaft, die den Befehlswerten entsprechenden Steuerimpulse und die dem Spindelfehler entsprechenden Korrekturimpulse über Recheneinrichtungen dem Spindelantriebsmotor zuzuleiten.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der

Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. la und 1 b ein Vorschubspindelsystem bei zahlenwertgesteuerten Werkzeugmaschinen, wie es auch beim Gegenstand der Erfindung angewendet wird,

Fig. Ic ein Verfahren zum Ausgleich des Steigungsfehlers der Vorschubspindel mittels der bekannten Ausgleichskurvenscheibe,

Fi g. 2 eine Konstruktion einer erfindungsgemäßen A usgleichsstange,

F i g. 3 einen Mikroschalter als Erfassungsschalter, F i g. 4 die Form der Korrekturimpulse, welche die Schalter gemäß Fig. 3 liefern,

F i g. 5 ein Impuls-Wegdiagramm, das den Spindelfehler erläutert,

Fig. 6a eine graphische Darstellung, die die Größe des Steigungsfehlers der Vorschubspindel darstellt,

Fig. 6b die der Fehlerkompensation dienenden Ausgleichsstangen zur Erzeugung der Kompensierimpulse,

Fig. 6c ein Diagramm für den verbleibenden Restfehler,

Fig. 7 ein Blockschaltbild für den Steuerungsteil in einem ersten Ausführungsbeispiel für die zahlenwertgesteuerten Werkzeugmaschinen, auf die die Erfindung angewandt ist,

Fig. 8 ein näheres Bild für das Fehlerregister in Fig. 7,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels für zahlengesteuerte Werkzeugmaschinen, auf die die Erfindung angewandt ist,
Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Steuerung nach Fig. 9.

In Fig. la ist auf eine Vorschubspindel 1 eine Mutter 4 aufgeschoben, an der eine Tafel 3 befestigt

men, daß zwei Ausgleichsstangen A und B an dem einzustellenden Gegenstand (Tafel) vorgesehen sind, welche die beiden Mikroschalter A und B zur Erzeugung der positiven und negativen Kompensierimpulse 5 steuern. Wie ersichtlich, sind an den Stangen A und B nasenartige Vorsprünge vorgesehen, deren Anzahl und Lage sich nach der Form der Fehlerkurve nach Fig. 2a richten. Der Fehler ist in Fig. 6a in positive und negative Minimalbeträge

ist. Die Vorschubspindel 1 wird mittels des Impulsmotors 2 gedreht und dadurch die Tafel 3 eingestellt.
Tn Fig. Ib wird die Vorschubspindell anstatt
durch den Impulsmotor 2 durch einen Induktionsmotor 5 gedreht. Um in diesem Fall zu erfassen, wie
weit die Tafel 3 bewegt ist, ist an der Vorschubspindel 1 ein Impulserzeuger 6 vorgesehen. Die vom
Impulserzeuger 6 erzeugten Impulse werden als
Rückkopplungssignal verwendet, denn sie entsprechen genau der jeweiligen Stellung der Spindel- io /S₁ s aufgeteilt. Sobald der Fehler nach der positiven mutter 4 bzw. des einzustellenden Gegenstandes 3. oder negativen Seite ein, zwei oder mehr solcher

Kleinstbeträge Δ s übersteigt, werden ein, zwei oder mehr Kompensierimpulse erzeugt, und zwar abhängig von der Lage, bei welcher dieser Fehler entsteht; 15 die Fehlerkurve hat zwei ansteigende Äste und einen abfallenden Ast. Für jeden Anstieg sind auf der Ausgleichsstange A zwei Steuernocken vorgesehen. Diese erzeugen die Plusimpulse. Für den absteigenden Ast, der wesentlich steiler ist, sind sechs Steuernocken An der Scheibe 7 liegt ein Fühlhebel 8 an, mit dessen 20 auf der Ausgleichsstange B vorgesehen. Die Kompen-Welle ein Impulserzeuger 9 direkt gekoppelt ist. sierimpulse/1 werden von den normalerweise auf den Wenn die Scheibe 7 bewegt wird, wird der Hebel 8 Impulsmotor wirkenden Steuerimpulsen abgezogen, um einen geringen Winkel bewegt, wobei eine dem während die Kompensierimpulse B zu den normalen Drehwinkelanteil entsprechende Zahl von Impulsen Steuerimpulsen hinzugezählt werden. Dadurch wird im Impulserzeuger 9 erzeugt wird. Werden nun die 25 der durch den Steigungsfehler der Spindel hervor-Kompensierimpulse des Impulserzeugers 9 den gerufene Fehler bis auf den aus F i g. 6 c ersichtlichen

Betrag ausgeglichen, der tragbar erscheint.

Fig. 7 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung dar. 30 In dieser Figur ist der Fall, daß die Bewegungskoordinate einachsig (linear) dargestellt ist, jedoch ist auch denkbar, daß die Bewegungskoordinate aus einer zweiachsigen Bewegung zusammengesetzt ist. Der Zahlenwert, der die Bewegungsstrecke der Tafel 35 darstellt, und die Richtung der Tafel sind auf dem Streifen gelocht und über eine Streifenlesevorrichtung (Lochstreifengeber) wird der steuernde Zahlenwert abgelesen und in dem Rechner eingestellt. Beim Be-

Diess ist aber nur dann der Fall, wenn die Spindel 1 keinen Steigungsfehler aufweist. Um diesen gegebenenfalls zu kompensieren, ist die Anordnung nach Fig. Ic bereits bekannt.

Darin wird als eine Bezugsgrundlage für den herzustellenden Ausgleich eine der Kurve des Steigungsfehlers der Vorschubspindel 1 entsprechende Kurvenscheibe 7 hergestellt und an der Tafel 3 befestigt.

ginn der Bewegung der Tafel wird von einem Impuls-

Steuerimpulsen des Impulsmotors2 (Fig. 1 a) bzw. den Rückmeldeimpulsen des Impulserzeugers 6 (Fig. 1 b) hinzugefügt, so wird dadurch der Einstellfehler behoben.

Die Herstellung der Kurvenscheibe 7 ist jedoch verhältnismäßig teuer. Auch muß diese Scheibe immer wieder erneuert werden, sobald ein nicht mehr tragbarer Verschleiß des Spindeltriebs eingetreten ist.

Erfindungsgemäß ist in aus Fig. 2 ersichtlicher Weise an einer mit dem einzustellenden Gegenstand, z. B. der Tafel, eine Stange 11 mit Steuernocken 10 verbunden. Diese Nocken 10 werden der Fehlerkurve

der Spindel entsprechend nach Ort und Stärke der 40 erzeuger die Befehlsimpulsreihe ausgesandt und Krümmung der Fehlerkurve vorgesehen. Wie Fig. 3 einem Impulsmotor zugeführt. Dieser dreht über eine erkennen läßt, steuert jeder Nocken 12« bzw. 12 b nicht dargestellte Vorschubspindel die Tafel. Die einen Mikroschalter 13 α bzw. 13 b zur Erzeugung Drehrichtung des Impulsmotors in diesem Fall wird der Kompensierimpulse. Wenn die Spindel die Tafel durch das obige Zeichen festgelegt. Die aus dem verschiebt, gleiten die Nocken 12 α und 12 b über die 45 Oszillator ausgesandte Befehlsimpulsreihe wird Mikroschalter und erzeugen dabei die Kompensier- gleichzeitig dem Rechner zugeführt und aus dem impulse der in Fig. 4 angegebenen Form. Überall Inhalt desselben jeweils der Zahlenwert 1 abgezogen, dort, wo die Fehlerkurve berichtigt werden soll, wer- Wenn der Inhalt des Rechners Null wird, wird die den solche Nocken angeordnet. Durch den gegen- Erzeugung der Befehlsimpulsreihe aus dem Oszillator phasigen Anschluß der Nocken 12 α und 12 b können 5° unterbrochen und der Impulsmotor stillgesetzt. Der die Steuerimpulse der F i g. 4 gegeneinander ausge- Impulsmotor wird um den auf den Rechner voreinwechselt werden. Einzelheiten darüber werden an gestellten Zahlenwert gedreht und die Tafel ist dem-Hand von Fig. 5 bis 10 erläutert. entsprechend bewegt, wodurch die geradlinige Ab-

An sich sind Impulsmotoren (Sei rittschaltmoto- schneidung oder die Zentrierung od. dgl. an der ren), die um einen der positiven und negativen PoIa- 55 Werkzeugmaschine durchgeführt wird, rität der Eingangsimpulse und deren Anzahl entspre- Beim Erfindungsgegenstand ist vor allem ein Feh-

chenden Winkelgrad in der positiven oder negativen lerregister vorgesehen, das so sperrt, daß ein Impuls Richtung gedreht werden, bekannt. Wenn man durch aus der Befehlsimpulsreihe, die dem Impulsmotor solche Impulsmotoren die Vorschubspindel für den zugeführt wird, abgezogen wird, jedesmal, wenn ein bei Werkzeugmaschinen einzustellenden Steuerteil 60 in Fig. 6b gezeigter KompensierimpulsA erhalten einstellen will, so muß eine in Fig. 5 als idealer wird, hingegen der Wert 1 aus dem Inhalt des Rech-Spindelweg bezeichnete lineare Abhängigkeit des ners abgezogen wird, jedesmal, wenn ein Kompen-

Spindelmotorwegs von der Anzahl der Steuerimpulse gewährleistet sein. Der tatsächliche Weg hat demgegenüber jedoch den Verstellfehler ε.

Tn Fig. 6a ist eine Fehlerkurve gezeichnet, die die Abhängigkeit des Fehlers ε von der Anzahl der Befehlsimpulse wiedergibt. In Fig. 6b ist angenom-

sierimpuls B erhalten wird. Die Einzelheiten des Fehlerregisters sind in Fig. 8 dargestellt.
65 In Fig. 8 liegen die Flip-Flop-Schaltungen FF 1, FF 2 mit zwei Eingängen im allgemeinen im Zustand »0«. Die an eine Klemme T., angelegte Befehlsimpulsreihe wird deshalb über ein Und-Gatter Cx_x

dem Impulsmotor zugeführt. Ein parallel der Befehlsimpulsreihe dem Rechner zuzuführender Substraktionsimpuls wird über ein Und-Gatter G₁ dem Rechner zugeführt.

Wenn nun ein Kompensierimpuls A ankommt, werden über ein Oder-Gatter ORA und einen Sperrschwinger BLA die Flip-Flop-Schaltungen FFl, FF2 getriggert, wobei die Flip-Flop-Schaltung FFl in den Zustand »0« und die Flip-Flop-Schaltung FF 2 in den Zustand »1« gesetzt wird. Das Und-Gatter G₄ wird geschlossen, wodurch weitere an diesem Und-Gatter G₄ ankommende Befehlsimpulse gesperrt werden. Wenn aber ein erster Befehlsimpuls ankommt, werden über ein Und-Gatter G.,, ein Oderstärker angetrieben und die Tafel bewegt. Jedesmal, wenn die Vorschubspindel um einen gewissen Winkelgrad gedreht wird, wird aus einem an sich bekannten photoelektrischen Stellungskodierer ein Rückkopplungsimpuls erzeugt. Dadurch wird über einen Richtungsdetektor die Bewegungsrichtung der Tafel unterschieden und die Addition oder die Subtraktion im Register für die Soll-Stellung entsprechend dieser Bewegungsrichtung durchgeführt.

Wenn der Inhalt des Befehlsregisters mit dem des Rückmelderegisters für die Soll-Stellung übereinstimmt, wird der Motor stillgesetzt. Die Einstellung ist damit abgeschlossen.

Zum Erzeugen von Kompensierimpulsen sind die

in den Zustand »0« gebracht. Der zweite Befehlsimpuls und die darauffolgenden werden über das Und-Gatter G₄ den Impulsmotor zugeführt, so daß

wird über das Oder-Gatter ORB und den Sperrschwinger BLB die Flip-Flop-Schaltung FF1 in den Zustand »1« und die Flip-Flop-Schaltung FF 2 in

Gatter ORB und einen Sperrschwinger BLB die Flip- 15 Mikroschalter/l,jB vorgesehen, die jedesmal dann in Flop-Schaltungen FFl, FF 2 in Betrieb gesetzt und Betrieb gesetzt werden, wenn die Steigungsfehler der

Vorschubspindel soweit gehäuft sind, wie es einem minimalen Inkrement entspricht, die der minimalen Einheit des Registers entsprechende Bewegungs-

nur ein Befehlsimpuls gesperrt ist. 20 strecke der Tafel, worin sie verwandelt werden.

Wenn dann ein Kompensierimpuls B ankommt, Es wird vorausgesetzt, daß die Tafel z. B. in der

Plusrichtung bewegt ist. Das vom photoelektrischen Stellungskodierer erzeugte Rückkopplungssignal PB ist in seiner Phase gegenüber PA verschoben und der

den Zustand »0« gesetzt; der an die Klemme T₁ an- 25 Richtungsdetektor erzeugt auf Grund dieses Untergelegte Substraktionsimpuls wird im Und-Gatter G₁ schicdes den Rückkopplungsimpuls P1 und führt ihn gesperrt und über die Klemme T₃ nicht dem Rechner dem Register für die Soll-Stellung zu.
zugeführt. Der erste Substraktionsimpuls wird durch Andererseits treten auch die durch die Mikro-

das Und-Gatter hindurchgeführt und bringt über das schalter A, B gebildeten Impulse LA, LB auf, indem Oder-Gatter ORA und den Sperrschwinger BLA die 30 der Impuls LB ebenfalls gegenüber LA verzögert Flip-Flop-Schaltungen FF1, FF 2 in den Zustand wird; durch den Richtungsdetektor wird ein Aus- »0«. Der zweite Substraktionsimpuls und die darauf- gleichsimpuls P 2 erzeugt. Dieser Ausgleichsimpuls folgenden werden über die Klemme T₃ des Und- P 2 wird in einem Synchronisierungskreis phasenver-Gatters G₁ dem Rechner zugeführt. Dem Impuls- schoben in einen Impuls P 22, der nicht der obigen motor werden Impulse, die um 1 größer als die Zahl 35 Rückkopplung P1 überlagert wird, umgewandelt und der dem Rechner zugeführten Impulse sind, züge- über das Oder-Gatter ORP dem Register für die führt, wodurch die Steigungsfehler der Vorschub- Soll-Stellung zugeführt.

spindel ausgeglichen werden können. Auf diese Weise kann der Steigungsfehler der

In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel Vorschubspindel ausgeglichen werden. Wenn im nach der Erfindung in einem Blockschaltbild darge- 40 Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 die Reihenfolge des stellt. Die Eingangsdaten, die die Stelle der Koordi- Betriebs der Mikroschalterv4,B umgekehrt wird, ist nate, auf die die Tafel einzustellen ist, vorgeben, der Ausgleich des Inhalts des Registers für die Sollwerden an dem Befehlsregister eingestellt; der Inhalt Stellung um den Zahlenwert 1 möglich,
eines Rückmelderegisters für die wirkliche Stellung Es ist auch möglich, die Mikroschalter an der

der Tafel wird durch einen Komparator mit dem 45 Tafel zu befestigen und die diese Schalter in Betriet Inhalt des Befehlsregisters verglichen, der Motor setzenden Vorsprünge an dem feststehenden Teil de: beim Auftreten eines Unterschiedes über einen Ver- Maschine vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausgleich der Steigungsfehler einer einen Gegenstand, z. B. eine Tafel, verstellenden Vorschubspindel, die entsprechend den durch Impulsreihen abgebildeten Sollwerten und diesen überlagerten dem Ort und der Größe der Steigungsfehler verhältigen Kompensierimpulse steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl und dem Vorzeichen der erforderlichen Kompensierimpulse entsprechende Zahl Impulserzeuger unterschiedlichen Vorzeichens in einer der Größe des jeweiligen Steigungsfehlers der Spindel verhältigen Dichte über die Länge der Spindel hintereinander vorgesehen und durch ein von der Spindel einstellbares Teil betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung unterschiedlicher Vorzeichen Impulserzeuger quer zur Spindelachse vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Befehlswerten entsprechenden Steuerimpulse und die dem Spindelfehler entsprechenden Kompensierimpulse über Recheneinrichtungen dem Spindelantriebsmotor zugeleitet werden.