DE2357005A1

DE2357005A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2357005A1
Application number: DE2357005A
Authority: DE
Inventors: William B Seidel
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1974-07-11
Also published as: CA998144A; JPS507175A; IT998925B; BR7308437D0; US3916571A; USB318745I5

Description

PATENTANWALT

14. Nov. 1973 Anw.-Akte: 27.60

PATE JJ.T AIM EiD U I G -

Anmelder; The Babcock & Wiloox Company., 161 East 42nd Street, New York, N. Y. 1ÜÖ17-USA.

Titel: Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft Werkzeugmaschinen, die zur Herstellung von Teilen in wechselnden Formen verwendet werden.

Bei der serienmäßigen Herstellung von Teilen, z.B. durch Schleifen, ist es üblich, eine nockengesteuerte Maschine zu verwenden, bei der die Nockenform der Form des herzustellenden Teiles entspricht«, Theoretisch wird, wenn eine genaue Folgespur des Nockens gegeben ist, das hergestellte Teil die gewünschte Genauigkeit aufweisen. In der Produktion können die Teile jedoch Abweichungen zeigen, selbst wenn die Maschine genau ist, da Einspannkräfte, .Schleifoder Bearbeitungskräfte, und thermische Verformung durch das Schleifen eine Abweichung von der gewünschten Form

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bewirken können. Außerdem erfolgt bei einem Bearbeitungsvorgang über ein -Loch, wie z. B. eine Öffnung für den Durchgang eines Mediums, eine zu starke Entfernung des Werkstoffes, die zur Ungenauigkeit führt. Schließlich kann es natürlich sein, daß die Maschine selbst nicht so genau ist, wie sie theoretisch konstruiert wurde.

Außerdem kann das Teil im Gebrauch durch Wärme verformt werden, unerwünschtem Verschleiß ausgesetzt sein oder beim Zusammenbau verformt werden, so daß es oft notwendig wird, die Bearbeitungsform zu ändern, um solche Abweichungen auszugleichen,, Diese Änderung macht eine Nockenänderung erforderlich, was nicht nur zeitraubend und kostspielig, sondern auch schwierig ist.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, an einer Werkzeugmaschine einen elektronischen Formkompensator zu schaffen, der eingesetzt werden kann, um jede Änderung der Umrißform je nach Wunsch an jedem Punkt ent- ■ lang des Nockens vorzunehmen, um die gewünschte Form des herzustellenden Teils zu erzielen; der leicht zu programmieren ist; der leicht zu ändern ist, ohne die Einstellung an anderen Punkten entlang dea Nockens zu beeinträchtigen und der die gewünschte Form genau und präzise ergibt.

In der US-Patentanmeldung Ir. 231 882 wird eine Maschine offenbart, die für die Herstellung komplizierter Formen,

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wie ζ. B. den epitrochoidenförmigen Umriß der Verbrennungskammer eines Wänkel-Rotationskolbenmotors konstruiert ist. Bei einer solchen Verbrennungskammer, könnten die vorstehend genannten Vorkommnisse festgestellt werden. So könnten Einspannkräfte, Schleifkräfte, durch das Schleifen hervorgerufene thermische Verformungen und lödher in der geschliffenen Oberfläche für Abgas oder Zündkerzen eine Abweichung von der genauen Form ergeben. Außerdem könnten im Einsatz thermische Verformung durch Verbrennungswärme, unerwünschte Verschleißmuster und Verformungen, die durch Verschraubungen verursacht werden, weitere Abweichungen von der gewünschten genauen Form ergeben. Demgemäß 'gehört es einer weiteren Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Maschine der vorstehend beschriebenen Konstruktion zu schaffen, die einen Formkompensator-umfaßt, so daß die Form des Teiles an jedem'Punkt verändert werden kann, ohne daß der verwendete Nocken oder die Schablone geändert werden muß. ·.

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, deren Ausführungsform einen Nocken und eine Nockenrolle zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeuges im Verhältnis zu dem 'vierkstück umfaßt, dadurch- gelöst, daß programmierbare Mittel vorgesehen sind, um auf elektronischem Wege die Bewegung des Werkzeuges in Bezug auf das iVerkstück soweit zu verändern, daß die Form arr irgendeiner vorherbestimmten Stelle entlang des Nockens, aus-.

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reichend verändert wird, um das fertiggestellte Teil in der gewünschten Form zu erhalten. Weitere· Ausgestaltungen sind den Patentansprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben· Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht nach Fig. 1 _f dargestellt in auseinandergezogener Anordnung,

Fig. 3 eine Ansicht eines Teiles der Werkzeugmaschine als Vertikalschnitt in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Querschnittansicht des in Fig. 3 dargestellten-Teiles der Werkzeugmaschine,

Fig. 5 ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung, Fig..6 einen Aufriß eines Schaltpultes,

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht eines Werkstückes und

Fig. 8 eine Draufsicht eines Teiles eines Werkstückes.

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Die Erfindung soll im Zusammenhang mit einer Maschine der Ausführung, wie sie in der US-Patentanmeldung 231882 offenbart worden ist, beschrieben werden; wie jedoch aus dem folgenden hervorgeht, kann die Erfindung in Verbindung mit anderen Arten von Werkzeugmaschinen verwendet werden.'

Die Maschine, besitzt einen Primärschlitten 10, der durch hydrostatische Lager 11 auf einem Sekundärschlitten 12 für eine lineare" waagerechte Hewegung aufgelagert ist. Der Sekundärschiitten 12 liegt wiederum auf hydrostatischen Lagern 13 auf einer "Grundplatte 14 auf« Das Werkstück W, das als "Verbrennungskammer für einen-Wankelmotor dargestellt ist, liegt auf einer drehbaren Unterstützung 17 auf einem Primärschlitten 10 auf. Ein Primärätellantrieb 15, der einen elektrisch gesteuerten Hydromotor 15a (Fig. 2) umfaßt, ist auf die Grundplatte 14 montiert und bewirkt über eine Rund-Keilnut 15b die Drehung eines drehbar auf.dem Primärschlitten 10 befestigten Getrieberades15c. Ein Getrieberad 16 greift' in das Getrieberad 15c ein und ist mit der Werkstück-Unterstützung 17 verbunden, die drehbar auf dem Primärschiitten 10 befestigt · ist. Der Stellantrieb 15 dreht auch einen locken 18, der den Schlitten 10 auf einem Schlitten 12 durch eine Nockenrolle 19 hin-und herbewegt. Die Maschine umfaßt ferner . eine Spindel 21, die die Schleifscheibe 22 drehbar antreibt. Ein auf die Grundplatte 14 montierter Sekündär-Stellantrieb 23 bewegt den Sekundärschlitten 12, wie durch Ein-

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griff einer lockenrolle 24 mit Sekundär-Nocken oder Scha-"blone 25 bestimmt wird, die sich mit der Werkstückunterstützung 17 dreht.

Wie in der zuvor genannten Anmeldung dargelegt ist, wird ein Sekundärnocken oder eine Sekundärschablone 25 verwendet, um die Sekundär- oder Feineinstellung des Sekundärschlittens 12 und dadurch wieder der Schleifscheibe 22 zu steuern. Da der Sekundärnocken mit dem Teil fest gekoppelt ist und die Nockenrolle oder der Fühler 24 mit der Spindel gleichläuft, schleift die Spindel tatsächlich nur in ihrer richtigen Stellung an dem Teil und hebt alle Fehler in der Synchronisation zwischen dem drehbaren Tisch und dem Primärschlitten auf.

Es wird nun auf Fig. 3 und 4 verwiesen. Eine Nockenrolle oder ein Fühler 24 für den Sekundärnocken 25 in elektrohydraulischer Ausführung besteht aus einem Fühler 26 mit einem drehbaren Fühlstift oder lockenrolle 26a, der auf im-Abstand voneinander angeordneten Blattfederpaaren 27, 27a, 27b aufliegt und auf einen Niederspannungs-Meßwertumformer (LVDT) 28 arbeitet, um ein Analogsignal zu erzeugen, das der relativen Stellung des Fühlers in Bezug auf den genau geformten Sekundärnocken oder die Schablone 25 entspricht. Dieses Signal erzeugt eine Steuerung für den Sekundär-Stellantrieb 23, um den Sekundärschlitten 21 zu bewegen, wie es erforderlich ist.

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Erfindungsgemäß sind programmierbare Mittel vorhanden, um das elektrische Signal von dem.LVDT 28 an jedem beliebigen Punkt entlang des Nockens 25 zu ändern, so daß das elektrische Signal für den Sekundär-Stellantrieb 23 ausreichend geändert wird, um die lockenform wie gewünscht auszugleichen.

Der-Bediener kann also, wie vorstehen erklärt wurde, falls festgestellt wird, daß entweder während des Produktionsvorganges oder danach das Teil oder. Werkstück nicht die gewünschte Form erhalten hat, eine Änderung der Form programmieren, die dann das vom liederspannungs-Meßwertumformer 28 erhaltene Signal für diesen Punkt ändert, wodurch die Maschine veranlaßt ,wird, die Form des bearbeiteten Teils zu ändern*

Um eine solche Kompensation zu erzielen, sieht die Vorrichtung die Teilung der lockenform des Sekundärnockens in eine Vielzahl von gleichen Speicher-Orten vor, und die Vorrichtung ist imstande, die Form an jedem der Speicher-Orte zu ändern. So kann z.B. die Form des.Nockens in 120 Stufen von js 5 Grad geteilt werden, die. die Speicher-Orte für diesen Nocken sind«

Wenn z. B. wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, im Falle der Verbrennungskammer W des Wankelmotors festgestellt wird, daß im Gebiet einer Abgas öffnung 0 mehr Material ent-

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ferrit worden ist, kann die Maschine so programmiert werden, daß eine gewünschte Änderung in ihrem Betrieb vorgenommen wird, ohne daß ein Nocken bzw. eine Schablone ausgewechselt wird.

Erfindungsgemäß' wählt der Bediener in einem normalen Programmierverfahren eine'Abweichung für jeden Speicher-Ort, gibt die Abweichung ein, und gibt dann anschließende gewünschte Abweichungen ein.

Ein typisches Steuerpult ist in Fig. 6 dargestellt.

In einem normalen Programmierverfahren beginnt der Bediener bei Speicher-Ort Nr. 1 (0°), wählt die Abweichung auf einem Daumenradschalter 35 und wählt auf dem Daumenradschalter 36 plus oder minus. Er drückt dann den Eingabeknopf 37, der die angezeigten Daten in den ersten Speicher-Ort eingibt. Dies schiebt auch die Sichtanzeige zum zweiten Speicher-Ort (3 ) vor. Der Be.diener wählt dann die an diesem Speicher-Ort gewünschte Abweichung an und drückt wieder den Eingabeknopf 37. Diese Folge wird für die gesamien 120 Punkte fortgesetzt. Sollte keine Abweichungsänderung erforderlich sein, fährt der Bediener fort, den Eingabeknopf 37 zu drücken.

Nachdem das Programm erzeugt worden ist, kann der Bediener den Speicher abtasten und jeden erforderlichen Datenpunkt in Sekunden ändern.

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Der Speicher-Ort wird auf der Anzeige 38 visuell angezeigt, und der an diesem Ort gespeicherte Wert auf der Anzeige 39.

Genauer gesagt programmiert ein Bediener die Abweichungspunkte von einem Ärbeltsblatt ein. Angenommen,+0,0012 ist der in den ersten Speicher-Ort zu speichernde Wert. Der Wert 0,0012 wird auf dem Daumenradschalter 35 gewählt und das Vorzeichen auf Schalter 36, und der Bediener drückt den Knopf 42 "Kontinuierlicher Vorwärtgang ", um den ersten Speicher-Ort in der Speicher-Ort-Anzelge anzeigen zu lassen.

Der Datenwert wird jetzt durch Drücken ;des Eingabeknopfes 37 eingegeben. Angenommen, + 0,0012 soll 10 weitere Male an den Orten 2 bis 11 einprogrammiert werden, dann drückt der Bediener den gleichen Knopf 37 für 10 mal. Diese Folge dauert an, bis das'ganze Programm gespeichert ist. . .

Angenommen nun, eine Anzahl von Teilen,ist mit dem obigen Programm geschliffen worden, und es wird festgestellt,, daß an einigen der Speicher-Orte geringfügige -Formänderungen notwendig sind. . ·

Der Bediener schaltet das Programm 'auf den gewünschten Ort vor oder zurück, wählt den korrigierten. Wert und gibt ihn entweder plus oder minus ein. Dies betrifft nur den

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gewählten Speicher-Ort und beseitigt die Notwendigkeit, ein ganzes neues Programm einzugeben.

Aufgrund der internen Schaltanordnung'wird eine Analogspannung als Ergebnis der Größe der programmierten Daten erzeugt. Da es eine begrenzte Anzahl zu programmierender Punkte gibt, ist es notwendig, daß der Übergang von einem Punkt zum anderen gleichmäßig ist. Dies wird erzielt durch Vorausschau in den Speicher-Orten und Bestimmung der Größe der Änderung von einer Stufe zur nächsten. Nachdem dies bekannt ist, können Zeitkonstanten gewählt werden, die beim Durchgang durch die mittleren Speicher-Orte eine gleichmäßige Kurve ergeben werden.

Da die Oberfläche des Werkstückes nicht kreisförmig ist, ist die Winkelverschiebung für jede Winkelvergrößerung nicht notwendigerweise konstant, und dies wird.zu einem der Faktoren, der zur Kompensation beiträgt, um die Kurve den programmierten Punkten anzupassen.

Ein Blockdiagramm des Kompensatoraufbaus zur Erzeugung eines geänderten Signals ist in Fig. 5 dargestellt. Wie zu ersehen ist, wird die Information von den Daumenradschaltern 35, 36 als 9 Daten-Bits in einen Kernspeicher 50 gegeben. Der Ausgang aus dem.Kernspeicher geht zu den Digital/Analog-Wandlern 51, 52, und dann zu den Vorzeichen-Wandlern 531 54.

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Um einen ordnungsgemäßen Übergang von einem Speicher-Ort zu einem anderen zu schaffen, ist es wünschenswert, daß der Übergang zwischen Speicher-Orteh nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert. Dementsprechend sind Vorkehrungen für eine Vorausschau .und für die Eingabe eines zusätzlichen Signals nur in einem vorbestimmten Wert vorhanden. Die Vorausschau kann an jedem beliebigen oder mehr Speicher-Orten erfolgen, und wird durch einen Impuls von einem optischen Kodierer erzielt, der dem tatsächlichen Ort auf dem Umfang des Sekundärnockens entspricht. Dieser kann von dem Primärstellenantrieh genommen werden. Diese Information wird in einen Auf-Ab-Zähler 55, 56 gegeben, und der Summierer 57 erzeugt einen Vorausschauwert, der in die Digital/Analog-Wandler 51, 52 gegeben wird'. Der Wert A, der dem für die tatsächliche Stellung des Tisches einzugebenden Wert entspricht, wird mit Wert B, der einer späteren Stellung entspricht, verglichen, der in einer Addierschaltung gewählt worden sein kann, um einen gleichmäßigen Übergang zwischen den Punkten zu gewährleisten.

Ein weiterer Eingang soll die Antwort eines beliebigen Integrators mit der Drehgeschwindigkeit des Werkstückes ändern, wenn mehrere Änderungen schneller-erfolgen müssen, es wird also ein Eingang vom Tisch-Drehzahlmesser zur.

G Dividierschaltung 58 gegeben, die die Beziehung

A minus B erzeugt und bestimmt, wie schnell die Integration statt-

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findet, Wenn C größer ist, wird die Antwort schneller sein. Wenn A - B größer ist, wird die Antwort, langsamer. Das letto-Signal, das zur Servo-Steuerung abzugeben ist, .um das LVDT-Signal zu ändern, wird dann vom Integrator 60 bestimmt.

Es ist also zu ersehen, daß in der Vorrichtung vorgesehen ist, das Signal zum Stellantrieb zu ändern, das von dem Fühler oder der Itfockenrolle erzeugt wird, so daß jede gewünschte Änderung hervorgerufen werden kann. Die Änderung der Form wird jedoch gesteuert und feiner eingestellt, so daß der Übergang zwischen gewählten Orten- entlang des Nockens gleichmäßig und nicht abrupt ist.

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Claims

P A T E Έ T A I S P E Ü G H E :

( 1.JWerkzeugmaschine mit Mitteln zur Halterung des Werkstückes und des Werkzeuges, das. relativ zum Werkstück "bewegt wird, dadurch/ gekennzeichnet , daß ein locken (18) einen Schlitten (10) auf einem weiteren Schlitten (12) durch eine Nockenrolle (19) hin- und herbewegt und programmierbare Mittel _: (28) vorgesehen sind, die eine Änderung der Bewegung des Werkzeuges (22) im Verhältnis zum Werkstück"( W) an jedem gewünschten Punkt an dem Sekundärnocken (25) bewirkt. · -
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1,·dadurch g e k e,n η zeichnet, daß Signalmittel vorgesehen sind, die durch die Nockenrolle (19) betätigt werden und programmierbare Mittel eine Änderung des Signals bewirken, sowie Mittel, die.auf das geänderte Signal ansprechen, um eine relative Bewegung des Werkzeuges (22) und des Werkstückes (W) bewirken.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die programmierbaren Mittel eine Vielzahl von Speicher-Orten umfassen, die den sich ändernden Stellungen der lockenrolle an dem

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Nocken entsprechen und Mittel vorgesehen sind, die .auf die Information entsprechend der Information, an einem anderen Ort ansprechen, und die verhindern, daß die Information, die einen vorherbestimmten von diesem erstgenannten'Ort übersteigt, zu dem Mittel für die Steuerung der Stellung von Werkstück und Werkzeug zueinander gegeben wird.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbaren Mittel umfassen:

a) digital programmierbare Mittel, die eine Vielzahl von Speicher-Orten aufweisen,

b) Mittel zur Zuführung von Digital-Informationen entsprechend den verschiedenen Stellungen auf dem Nocken zu jedem Speicher-Ort,

c) Mittel zur Wandlung der Information in diesen digital programmierbaren Mitteln.zu Analoginformation,

d) Mittel zur Anwendung der Analoginformation auf ein Nockenrollensignal, um dieses Signal an einem beliebigen Ort zu ändern.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Mittel zur Halterung eines Yferkstückes zu geradliniger und drehender Bewegung in Bezug auf das Werkzeug,

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b) Kittel zur Halterung des Werkzeuges zur Bewegung im'Yerhältnis zu dem Viferkstück, ■

c) locken- und lockenrollenmittel zur Bewegung des werkstückes auf dem geradlinigen Weg,

d) zweite locken- und lockenrollenmittel zur Bewegung des Werkzeuges, programmierbare Mittel zur Herbeiführung einer Änderung der Bewegung des Werkzeuges im Verhältnis zu dem 'Werkstück an jedem gewünschten Punkt an dem zweiten locken vorgesehen sind. ·
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch ,g e k e π η ζ e i c"h η e t , daß

a) Signalmittel, durch die lockenrolle beaufschlagt werden, ' . · ~ :

b) programmierbare Mittel zur Änderung des Signals an jedem gewünschten Teil des Nockens und:

c) lüittel, die auf das geänderte Signal ansprechen, so daß relative Bewegung des Werkzeuges und'des Werkstückes veranlaßt wird, vorgesehen sind.

7". F/erkzeugmas chine nach Anspruch 5, dadurch ge — ken η zeichne t , daß die programmierbaren Mittel eine Vielzahl von .Speicher-Orten entsprechend den veränderlichen Stellungen, der iiockenrolle an demJTocken umfassen, sowie Mittel zur Zuführung von Information zu jedem Ort, Mittel, die auf die Infor-

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mation entsprechend der Information an einem anderen Ort ansprechen und verhindern, daß die Information, die einen vorherbestimmten viert von dem erstgenannten Ort überschreitet, zu dem Mittel zur Steuerung der relativen Stellung des Werkstückes und Werkzeuges gelängt,- ·

Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbaren Mittel digital programmierbare Mittel umfassen, die eine Vielzahl von Speicher-Orten haben, sowie

a) Mittel zur Zuführung von Digital-Informationen, entsprechend den verschiedenen Stellungen auf dem Nocken, zu jedem Ort,

d) Mittel zur Wandlung der Information in den digi- - tal programmierbaren Mitteln in Analog-Information,

c) Mittel zur Zuführung der Analog-Information zu einem Nockenwellen-Signal, um das Signal an irgendeinem Ort zu ändern.

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