DE2849314C2 - Verfahren zur Ansteuerung eines Impulsmotors zum Antrieb einer Führungsspindel einer Holzbearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

1. Übertragen von π Impulsen auf den Impulsmotor (3), welche Impulse einer Verstellung entsprechen, die größer ist als das Spiel zwischen Führungsspindel und Bett (4) plus dem Spiel zwischen Führungsspindel und Rahmen (1), welche Verstellung nach abwärts erfolgt,

2. Übertragen einer bestimmten Anzahl von Impulsen, welche Impulse eine Verstellung bewirken, die dem Nennbetrag der Bewegung des Bettes (4) in der erwarteten Bewegungsrichtung des Bettes (4) entsprechen, und schließlich

3. Übertragen von wiederum η Impulsen mit niedriger Taktfolge in Aufwärtsrichtung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Impulsmotors zum Antrieb einer mit einem Gewinde versehenen Führungsspindel einer Holzbearbeitungsmaschine, welche Fünrungsspindel bei Verdrehung ein ein Werkzeug oder ein Werkstück haltendes, mit einem dem Führungsspindelgewinde entsprechenden Gewinde versehenes Bett (Schlitten) relativ zu einem Rahmen der Holzbearbeitungsmaschine verstellt.

Bei der Durchführung der Verstellung eines Bettes oder Schlittens bezogen auf den Rahmen einer Holzbearbeitungsmaschine ist es nicht möglich, das Bett präzise an einer gewünschten Stellung durch Betätigung der Führungsspindel ohne eine spezielle Messung einzurichten, weil zwischen der Führungsspindel und dem mit der Führungsspindel zusammenwirkenden Schlitten immer ein Spiel vorhanden ist. Ferner kann ein Spiel auch zwischen der Führungspindel und dem Rahmen vorhanden sein, welches sich zu dem vorgenannten Spiel addiert. Zusätzlich entsteht auch eine Schwierigkeit durch solche Umstände, die darin bestehen, daß ein großes Drehmoment für den Beginn der Bewegung aufgrund zum Beispiel einer Verhärtung von Schmierfett etc. erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits ein zwischen Führungsspindel und Rahmen sowie zwischen Führungsspindel und Bett vorhandenes Spiel auf einfache Weise eliminiert und und andererseits auch ein sogenanntes Überschießen aufgrund des Spiels und der einzelnen zu verstellenden Komponenten der Holzbearbeitungsmaschine vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgende Schritte:

1. Übertragen von η Impulsen auf den Impulsmotor, welche Impulse einer Verstellung entsprechen, die größer ist als das Spiel zwischen Führungsspindel und Bett plus dem Spiel zwischen Führungsspindel und Rahmen, welche Verstellung nach abwärts erfolgt,

2. Übertragen einer bestimmten Anzahl von Impulsen, welche Impulse eine Verstellung bewirken, die dem Nennbetrag der Bewegung des Bettes in der erwarteten Bewegungsrichtung des Bettes entsprechen, und schließlich

3. Übertragen vor wiederum π Impulsen mit niedriger Taktfolge in Aufwärtsrichtung.

Dabei ist als aufwärts eine als positiv anzunehmende Bewegungsrichtung, als abwärts eine negativ anzunehmende Bewegungsrichtung und als Nennbetrag der Bewegung eine solche Bewegung definiert, die positiv ist, wenn sie in der gleichen Richtung verläuft wie die Aufwärtsbewegung, und umgekehrt.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Spiel bzw. das Gesamtspiel auf einfache Weise ohne komplizierte Regel- und Meßverfahren eliminiert werden kann.

Durch die Aufsätze von W. Bautz, in Maschinenmarkt, Würzburg, 70. Jahrgang (1964) Nr. 75, Seite 96 bis 122 »Der Schrittmotor als Antriebselement gesteuerter Werkzeugmaschinen« und von A. Schatz, in Werkstatttechnik, Mai 1959, Heft 5, Seite 237 bis 241, »Schrittmotoren als Mittel zur Verbiiligung numerischer V/egesteuerung von Werkzeugmaschinen«, sind erfindungsgemäße Steuerungsverfahren nicht dargestellt worden.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Holzbearbeitungsmaschine entlang einer Führungsspindel,

F i g. 2-1 ein Diagramm, das den Bewegungsablauf des Bettes (Ordinate) über der Zeit (Abszisse) zeigt, wobei das Bett nach oben bewegt wird, und Fig.2-11 ein Diagramm, welches den Bewegungsablaut des Bettes zeigt, wobei das Bett nach unten bewegt wird.

Auf einem Rahmen 1 ist eine mit einem Gewinde versehene Führungsspindel 2 drehbar in einer solchen Weise angeordnet, daß die axiale Bewegung begrenzt ist, und sie ist unmittelbar mit einem Impulsmotor 3 verbunden, der auf dem Rahmen 1 befestigt ist Für die Führungsspindel 2 wird im allgemeinen eine Kugelschraube oder dergleichen verwendete. B. ein Rechteckgewinde, mit dem das Mutterteil im Bett 4, ein Paar bildend, im Eingriff steht, um zu ermöglichen, daß das Bett 4 relativ zum Rahmen 1 gleiten kann. Ein Werkzeug, wie z. B. ein Schneidewerkzeug, eine Ausrückvorrichtung oder dergleichen ist auf dem Bett befestigt, um ein Holzstück in eine geeignete, endgültige Form zu bringen.

Wenn man nun eine Standardlinie 5 des Rahmens 1 an einer bestimmten Stellung auf dem Rahmen 1 und eine Standardlinie 6 für das Bett 4 an einer bestimmten Stelle am Bett 4 betrachtet, dann wird die Entfernung zwischen den beiden im folgenden als »Kontroll-Länge« bezeichnet und die Gesamtsumme der axialen Zwischenräume, die zwischen der Führungsspindel 2 und dem Rahmen 1 in dem oben erwähnten, die axiale Bewegung begrenzenden Abschnitt und zwischen den Gewindegängen der Führungsspindel 2 und des Bettes 4 aufgrund des Spieles vorhanden sind, wird mit >( Lockerheit« bezeichnet.

Solange die mechanische Bewegung gering ist, sollte eine Lockerheit vorzugsweise nicht vorhanden sein. In der Praxis jedoch versucht man, diesen Wert auf etwa 03 bis 0,6 mm im Normalzustand zu halten, um nicht in einen negativen VVert in jedem Zustand tu gelangen, sogar in einem solchen Falle, in dem eine größere Beanspruchung auftritt, die von einem Werkstück mit hohem Gewicht oder von thermischer Ausdehnung hervorgerufen bzw. erzeugt wird.

Andererseits beträgt die Toleranz, die für ein Holzproduki gefordert ist, 0,1 mm und das Gesamtsignal in einem NC-Steuersystcm entspricht 0,02 mm. Daher hängt der Einfluß auf die Präzision der Arbeit in besonderer Weise von der Steuerung der Lockerheit ab.

Das Verfahren zur Ansteuerung eines Impulsmotors gründet sich auf der Voraussage der Existenz einer solchen Lockerheit und beabsichtigt, die Größe der Lockerheit in einem solchen Zustand zu steuern, daß die Führungsspindel 2 in eine vorbestimmte Richtung gedrückt wird, wobei man eine bestimmu Lockerheit berücksichtigt, die während des Steuerungsablaufs vorhanden ist

Es ist natürlich, anzunehmen, daß die Richtung, in der sich das Werkstück relativ zu der Führungsspindel 2 entsprechend dem Druck, dem Gewicht und dergleichen spontan zu bewegen versucht, nach abwärts geht und die umgekehrte Richtung nach oben verläuft.

In den F i g. 2-1 und 2-11 stellt die Abszisse die Zeit und die Ordinate die Größe der Bewegung dar, worin die obere Richtung der Aufwärtsbewegung und die untere Richtung der Abwärtsbewegung entspricht, wie oben erwähnt t/bezeichnet die obere Grenze und L zeigt die untere Grenze der Bewegung des Bettes 4 an.

F i g. 2-1 zeigt eine Bewegung, wobei das Bett 4, das zu Anfang an einem Punkt A steht, nach oben über eine Strecke Xb an den Ort B bewegt wird. Die Fig.2-11 zeigt eine Bewegung, worin das Bett 4, das zu Anfang bei A steht, nach unten eine Strecke X_c weit an den Ort Cbewegt wird. G und β sind die Größe der Lockerheit bzw. die Größe des Rückschrittes.

Wenn in dem Falle, der in der F i g. 2-1 dargestellt ist, η Impulse, die der Rückfahrweglänge entsprechen, in Richtung abwärts im ersten Schritt abgegeben werden, dann wird sich das Bett 4 nicht bewegen, bis die Lockerheit verschwindet und durch weitere Drehung der Führungsspindel das Bett 4 anfängt, sich vom Punkt A wegzubewegen: es bewegt sich von dort zum Punkt 7 über eine Entfernung (ß — C). Dann wird das Bett 4 in dem zweiten Schritt auf die Abgabe von Impulsen, die der Größe der Bewegung von Xb in Nennlänge nach so oben entsprechen, anlaufen, nachdem die Lockerheit, die aufgrund der Umkehrung der Bewegungsrichtung in Erscheinung tritt, überwunden ist. Das Bett 4 bewegt sich in die Stellung 8 über eine Entfernung (Xb-C). Danach wird im dritten Schritt das Bett 4 stuferweise in die Stellung 9 über eine Entfernung β weiter gefahren, und zwar durch die Abgabe von η Impulsen, die der Größe der Bewegung von β in Aufwärtsrichtung entsprechen, und zwar bei einer Ganggeschwindigkeit von etwa einem Zehntel von derjenigen im ersten und im zweiten Schritt

Der Gesamtbetrag bzw. die Gesamtlänge der Bewegung des Bettes 4 vom Punkt A kann auf folgende Weise berechnet werden, wobei eine Bewegung nach unten durch das — -Zeichen bezeichnet ist:

- (ß - G)+ X_B- G+β = Xb -. -

Daher ist es klar, daß der Punkt 9 exakt mit der Koordinate am Objekt zusammenfäll· und daß die Lockerheit identisch mit derjenigen des ursprünglichen Zustandes ist

Es sei Bezug genommen auf die Fig.2-11. Die Bewegung des Bettes 4 ist so, daß dann, wenn π Impulse, die der Entfernung β entsprechen, nach unten im ersten Schritt abgegeben werden, das Bett 4 mit seiner Bewegung nur dann beginnt nachdem die Lockerheit überwunden worden ist und sich von dem Punkt A hin zum Punkt 10 über eine Entfernung (ß — G) bewegt, daß dann im zweiten Schritt durch Abgabe von Impulsen, die der Entfernung X_c in Nennlänge in Abwärtsrichtung entsprechen, das Bett 4 über eine Entfernung X_c in die Lage 11 hinabfährt und daß durch darauffolgende Abgabe von η Impulsen, die der Größe von β in Aufwärtsrichtung im dritten Schritt bei einer Ganggeschwindigkeit von etwa Vi₀ vor. derjenigen im ersten und im zweiten Schritt entsprechen, sich das Bett 4 über eine Entfernung von (ß — G) in die Stellung 12 bewegt, nachdem dit Lockerheit, die aufgrund der Umkehrung der Bewegungsrichtung auftritt, überwunden ist.

Hier wird der Gesamtbetrag der Bewegung bzw. die gesamte Länge der Bewegung wie folgt ausgerechnet:

-iß-G)-Xc+iß-G)=-Xc...

Auf diese Weise stimmt der Punkt 12 exakt mit der Koordinate überein, die erwartet worden ist, und der Zustand der Lockerheit gleicht dem ursprünglichen Zustand.

Die Bedingung, unter der die Gleichungen (1) und (2) eingehalten werden können, ist ß> G. Die Größe des Rückwärtslaufes kann allgemein 2 mm betragen.

Die Bewegung nach unten im ersten Schritt ist insoweit vorteilhaft, als das große Startmoment, welches am Anfang erwähnt worden ist, aufgrund des Leerlaufes entsprechend der Lockerheit verrringert bzw. nicht mehr vorhanden ist.

Ein »Überschießen« entsprechend der Trägheitskraft kann an den Punkten 8, 9 und 12 während des Bewegungsablaufes angenommen werden. Jedoch kann ein solches Überschießen während der Bewegung mit niedriger Geschwindigkeit im dritten Schritt aufgefangen werden, so daß das Auftreten eines Überschießens an den Punkten 9 und 12 durch Anhalten aus geringer Geschwindigkeit vermieden wird.

Auf diese Weise ist das beschriebene Verfahren zur Ansteuerung eines Impulsmotors geeignet für NC-Steuerungen, da es gleiche, wirkungsvolle Ergebnisse nicht nur bei der Abwärtsbewegung, sondern auch bei der Aufwärtsbewegung erzielt, wie in der Tabelle zu ersehen ist.

Tabelle Anzahl der Impulse

Richtung

Geschwindigkeit

I	erster Schritt	η	abwärts	normal
II	zweiter Schritt	entsprechend dem Wert	notwendige Richtung	normal
		der erforderlichen
		Bewegung

III dritter Schritt η

In der Beschreibung ist eine Erläuterung nur für die Steuerung einer einzigen Führungsspindel angegeben. In heute verwendeten Holzbearbeitungsmaschinen aufwärts

gestuft

jedoch sind zehn und mehr Spindeln einzurichten. Auch hierfür eignet sich das beschriebene Verfahren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Ansteuerung eines Impulsmotors zum Antrieb einer mit einem Gewinde versehenen Führungsspindel einer Holzbearbeitungsmaschine, welche Führungsspindel bei Verdrehung ein ein Werkzeug oder ein Werkstück haltendes, mit einem dem Führungsspindelgewinde entsprechenden Gewinde versehenes Bett (Schlitten) relativ zu einem Rahmen der Holzbearbeitungsmaschine verstellt, gekennzeichnetdurch folgende Schritte: