DE2348026B2

DE2348026B2 - Vorrichtung zum Stillsetzen eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Maschinenteils, insbesondere einer Werkzeugmaschinenspindel, in einer vorbestimmten Winkelstellung

Info

Publication number: DE2348026B2
Application number: DE2348026A
Authority: DE
Inventors: Pierre Riss; Claude Sebire; Jean-Pierre Vignaud
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2348026A1; IT1012079B; GB1439665A; US3872365A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen aus der DE-OS 20 23 713 bekannten Vorrichtung zum Stillsetzen eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Maschinenteils in einer vorbestimmten Winkelstellung erfolgen das Abbremsen und Weiterschalten in einem einzigen Vorgang durch eine gesteuerte Bremsung des umlaufenden Teils, ausgehend von einem durch einen Positionsgeber definierten Ausgangspunkt. Die Bremssteuerung erfolgt über einen Impulsgeber, der mit zwei Zählern verbunden ist, von denen der eine eine Spannung t/φ entsprechend der Anzahl der Impulse, d. h. entsprechend dem zurückgelegten Winkelweg des umlaufenden Teils abgibt, und der andere eine Spannung U_n entsprechend der Impulsfrequenz, d. h. entsprechend der momentanen Drehzahl des umlaufenden Teils, an seinem Ausgang hat. Beide Spannungen Uq> und LZ_n werden dem Eingang eines Reglers zugeführt, der einer Bremserregerwicklung Strom zuführt, welcher proportional U_n- LApist.

Bei einer weiteren aus der DD-PS 80 605 bekannten

κι Einrichtung zum Stillsetzen von Arbeitsspindeln an Werkzeugmaschinen in einer gewünschten Winkellage erfolgt zunächst eine sanfte Abbremsung des umlaufenden Teils durch Motorbremsung auf eine geringe Drehzahl, wobei die jeweilige Drehzahl über Zahnscheibe und Fühler ermittelt wird. Bei Erreichen dieser geringen Drehzahl wird die Motorbremse freigegeben. Erscheinen dann vor dem Fühler die an einer Umfangsstelle der Zahnscheibe vorgesehenen Zähne geringer Breite, so erfolgt eine starke Motorbremsung,

_>o bis das umlaufende Teil in der gewünschten Stellung stehenbleibt. Die Abbremszeit ist naturgemäß relativ lang, da vor Einsetzen der zweiten starken Motorbremsung unter Umständen eine ganze langsame Wellenumdrehung abgewartet werden muß.

2i Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit der sich bei einfachem und robustem Aufbau ein mit hoher Geschwindigkeit umlaufendes Maschinenteil äußerst rasch und mit hoher Genauigkeit

jo in einer vorbestimmten Winkelstellung stillsetzen läßt.

Diese Aufgabe ist durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Abbrems- und Weiterschaltvorgang von der Bearbei-

r> tungsdrehzahl aus eingeleitet und die Bremsung zunächst gemäß einer optimalen Drehzahl/Weg-Kurve von parabolischem Verlauf gesteuert, und zwar nach der Beziehung

worin Θ| die Strecke ist, nach deren Durchlaufen die Geschwindigkeit auf Null zurückgegangen sein soll. Dies erfordert einen Meßfühler, der in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Spindel abgegebene

4> Impulse auffängt und sie einem Impulszähler zuführt, der sie von einem vorgegebenen Anfangswert aus zählt, der der verlangten Bremswinkelstrecke entspricht. Ein UND-Gatter läßt die Zählung erst zu, wenn ein Bremsbefehl und ein Zeitsignal für den Schaltbeginn

ίο einlaufen.

Das numerische Ausgangssignal des Impulszählers wird in ein Analogsignal umgewandelt, das in ein Radizierglied gegeben wird, dessen Ausgangssignal, das der Sollgeschwindigkeit entspricht, mit der tatsächli-

« chen Spindelgeschwindigkeit verglichen wird, um entsprechend steuernd auf die Bremse einwirken zu können.

Der Geschwindigkeitssollwert, dessen Verlauf theoretisch linear sein sollte, entfernt sich von dem

mi verlangten Wert vor allem am Ende des Bremsvorgangs. Erfindungsgemäß wird deshalb unterhalb eines bestimmten Schwellwerts von der optimalen Drehzahl/ Weg-Kurve abgewichen, und erfolgt das Abbremsen in einer zweiten Phase gemäß einer linearen Geschwindig-

b5 keit/Zeit-Kurve, die durch einen Funktionsgenerator geliefert wird. Schließlich ist eine Schaltung vorhanden, die auf einen vorgegebenen Zählerstand des Impulszählers anspricht, um in einer dritten Phase eine maximale

Bremsung zum endgültigen Stillseizen des umlaufenden Teils zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß mit ihr eine sehr hohe Genauigkeit in der Größenordnung eines Winkelgrads erzielbar ist, sie ^r> dabei aber mit kurzen Abbremszeiten arbeitet. Außer einer Bremse, deren Moment kontinuierlich steuerbar ist, erfordert sie nur eine robuste elektronische Ausstattung, so daß sie einfach und preiswert ist.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben jich auL den iu Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kurve, die den optimalen Verlauf der Funktion ω = f(ft) gemäß Phase I des Abbrems- und i-> Weiterschaltvorgangs veranschaulicht,

F i g. 2 einen Funktionsschaltplan für die Steuerphase I gemäß dem Kurvenverlauf von Fig. 1,

Fig.3 einen Funktionsschaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach dem Diagramm in F i g. 4 2« arbeitet und

Fig. 4 eine Geschwindigkeit/Zeit-Kurve der Spindel mit den drei Abbrems-Weiterschalt-Phasen, wobei Ω die Geschwindigkeit und Tdie Zeit bedeuten.

Fig. 1 gibt den Verlauf der die Funktion ω = ί(Θ) darstellenden Kurve wieder, d. h. der Spindelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem bei dem Abbremsvorgang zurückgelegten Weg.

Wo stellt die Arbeitsgeschwindigkeit der Spindel dar und es wird verlangt, daß diese Geschwindigkeit Null geworden ist, wenn die Strecke &\ durchlaufen ist. Der optimale Verlauf dieser Kurve ist ein Parabelast.

Fig.2 zeigt einen Funktionsschaltplan für eine Vorrichtung, die einen Bremsvorgang entsprechend der in F i g. 1 dargestellten Kurve bewirkt. Diese Vorrichtung weist einen Impulsgeber 1 für Impulse Θ auf, die beispielsweise von den Zähnen eines mit der schematisch bei B angedeuteten Spindel starr verbundenen Zahnrads herrühren, wobei die Zähnezahl einen Faktor für die Genauigkeit des endgültigen Stillstands darstellt.

Diese Impulse werden in einen Impulszähler 3 gegeben. Ein UND-Gatter 2 dient dazu, den Zählbefehl nur zu geben, wenn ein Bremsbefehl gegeben und der Einleitungsimpuls für eine Schaltbewegung aufgenommen worden ist. Dieses Zeitsignal für den Schaltbeginn wird von einem (nicht gezeichneten) Meßfühler als Positionsgeber geliefert, der an der Spinde! angebracht ist.

Die vom Impulszähler 3 durchgeführte Zahlung kann also erst beginnen, wenn eine genau definierte 5» Spindelstellung erreicht ist, die durch den Meßfühler für das Zeitsignal für den Schaltbeginn festgelegt ist. Die Zählung der Impulse θ von dem Impulsgeber 1 erfolgt von einem vorgegebenen Anfangswert θι aus, der dem Winkelmaß des gewünschten Bremsweges entspricht. Die Zahl der von dem Impulszähler 3 ausgehenden Impulse beträgt somit θι—θ (wobei θ die Zahl der Impulse bedeutet, die der Stellung im Zeitpunkt T entspricht) und wird auf einen Digital/Analog-Wandler 4 übertragen, der ein Signal der Form t><>

'o

abgibt, wobei hier Ωο die Arbeitsgeschwindigkeit der b5 Spindel und 7o die Zeit bedeutet, die für die Bremsung bis zum Stillstand der Spindel vorgesehen ist. Dieses Signal wird einem analog arbeitenden Radizierglied 5 zugeführt, das ein Signal abgibt, das der .Sollgeschwindigkeit enispricht:

Außerdem kann mit einem Generator 6 die wahre Geschwindigkeit Ω der Spindel gemessen werden. Ll und Q₁- werden in einem Komparator 8 verglichen, und das Ausgangssignal kann elektrisch auf die Bremse 7 einwirken, die durch Gleichstrom steuerbar ist und die Spindel B auf eine Schwellwertgeschwindigkei'. abbremst. Der erzielte Bremsverlauf in der ersten Phase entspricht dem Parabelverlauf nach Fig. 1. An die erste Bremsphase schließen sich zwei weitere Phasen an, wie in Zusammenhang mit F i g. 3 und 4 beschrieben wird.

Die Vorrichtung nach F i g. 3 weist zwei Spindeln 10 und 11 auf, die untereinander durch schlupffrei arbeitende Transmissionselemente 12, etwa eine Kette oder einen Zahnriemen, und außerdem mit einer Antriebswelle 13 verbunden sind, auf der eine elektromagnetische Bremse 14 angeordnet ist und die mittels einer Kupplung 15 an einen elektrischen Antriebsmotor 16 angeschlossen ist.

Die eine Spindel 10 dient als Antrieb für das zu bearbeitende Werkstück 17, während die andere Spindel 11 ein Vergleichsteil 18 antreibt. Mit der Spindel 11 erfolgt der Antrieb eines Generators 19 und eines Impulsgebers 20. Der letztere ist hier als Scheibe ausgebildet, die eine Stellungsinformationsspur 21 und einen Markierungsinformationspunkt 22 trägt, der dazu dient, das Zeitsignal für den Beginn des Brems- und Weiterschaltvorgangs abzugeben, welches Zeitsignal winkelmäßig in dem Intervall zwischen zwei Stellungsinformationen liegt. Der Spur 21 und der von dem Punkt 22 beschriebenen Bahn gegenüber befinden sich ein Meßfühler 23 für die Aufnahme von Stellungsimpulsen und ein Meßfühler 24 für das Beginn-Zeitsignal; beide Meßfühler sind mit jeweils einem Impulsformerkreis 25 verbunden.

Ferner ist eine elektronische Verarbeitungsschaltung E vorgesehen, die einen weiteren Impulsformer- und Filterkreis 26 aufweist, mit dem durch eine Übertragungsleitung der Impulsformer 25 der Informations-Elektronikgruppe E, verbunden ist. Die aus dem Kreis 26 herrührende Beginn-Zeitsignal-Information wird in einen Speicher 27 gegeben, in den auch der Bremsbefehl gegeben wird, der von der Bearbeitungsprogrammsteuerung 28 herkommt. Der Speicher 27 steht mit einem Impulszähler 29 in Verbindung, dem ein Vorwählkreis 30 zugeordnet ist, der den Impulszähler in einen vorgegebenen numerischen Zustand bringen kann, wobei der Impulszähler normalerweise so von dem Speicher 27 beeinflußt ist, daß die Stellungsimpulse, die ihm unmittelbar aus dem Kreis 26 zugeführt werden, nicht abgezogen werden können. Die Ausgänge des Impulszählers 29 sind an einen Digital-Analog-Wandler 31 geführt, dessen Ausgang mit einem analog arbeitenden Radizierglied 32 verbunden ist. Der Ausgang des Radizierglieds steht mit einem Leistungsverstärker 33 in Verbindung, der auch vor dem Radizierglied 32 angeordnet sein könnte und der dazu dient, in Abhängigkeit von der Voreinstellung des Impulszählers 29 den Maßstab des Geschwindigkeitssollwerts einzustellen, der die Analoggröße darstellt, die von dieser Schaltungsgruppe geliefert wird. Diese Größe wird normalerweise über den einen Weg I der beiden Wege I, II einer Umschalteinrichtung 34 (hier als Relais mit

Magnetanker 34a dargestellt) an ein Summierwerk 41a gegeben, von dort an einen Komparator 35, mit dem der Generator 19 verbunden ist und der ein in einem Verstärker 36 verstärktes Fehlersignal abgibt, das dann der Steuerung 37 für die Bremse 14 der Spindeln zugeführt wird. Mit 38 ist eine Vorrichtung bezeichnet, die dazu dient, den Maßstabsfaktor der Rückführschleife der Geschwindigkeitssteuerung einzustellen.

Der von dem Verstärker 33 abgegebene Geschwindigkeitssollwert wird ferner auf den Eingang einer Schwellwerteinrichtung 39 gegeben, die, ebenso wie ein Funktionsgenerator 40, auf einen bestimmten Ausgangsschwellwert des Radizierglieds 32 anspricht.

Der Ausgang der Schwellwerteinrichtung 39 wird sowohl dem Funktionsgenerator 40 als auch der Umschalteinrichtung 34 zugeführt, an deren zweiten Leitungsweg II der Ausgang des Funktionsgenerators angeschlossen ist.

Der Funktionsgenerator 40 dient dazu, eine lineare Funktion zu erzeugen, deren Neigungsmaß regelbar ist und die Sollgeschwindigkeit der Spindeln in einer Phase Ii (Fig.4) wiedergibt, was leicht durch Zusammenfassung eines Summierglieds mit variabler Verstärkung und eines Integrierglieds mit verstellbarer Neigung erreichbar ist. Außerdem steht der Impulszähler 29 mit einer Schaltung 41 in Verbindung, die auf einen vorbestimmten Zählerstand anspricht; das kann beispielsweise ein logischer Operator NICHT UND sein, der auf den Zustand Null aller Ausgänge des Impulszählers anspricht und dessen Ausgang mit dem Summierglied 41a zwischen der erwähnten Umschalteinrichtung 34 und dem Komparator 35 verbunden und derart eingestellt ist, daß er über den Komparator eine maximale Abbremsung der Spindeln auslöst.

Die Bremssteuerung 37 steht ferner mit der Bearbeitungsprogrammsteuerung 28 in Verbindung, um dorthin die Information des Nicht-Bremsens zu übertragen, welche Information einen Teil der bedingungen ausmacht, die die Bearbeitung zulassen.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Während des Bearbeitungsvorgangs dient die Elektronikschaltung E nur dazu, die Bremse 14 unwirksam zu halten, was dadurch verwirklicht wird, daß der Impulszähler 29 in der erwähnten Weise auf seinem vorgewählten numerischen Zustand gehalten wird, der über den Leitungsweg I übertragen wird.

Wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist, wird der Kupplung 15 ein Entkupplungsbefehl aus der Programmsteuerung 28 zugeleitet (oder ein Befehl zum Abschalten des Motors 16, wenn eine Kupplung nicht vorgesehen ist), und sobald der Motor abgetrennt ist, gibt die Programmsteuerung 28 den Bremsbefehl an den Speicher 27, der dann aktiviert werden wird, sobald die erste, von dem Meßfühler 24 ausgehende Beginn-Zeitsignal-Information über die Kreise 25 und 26 eintrifft. Sobald der Speicher 27 auf diese Weise aktiviert ist, endet die Zwangsbeeinflussung des Impulszählers 29 und die von dem Meßfühler 23 über die Kreise 25 und 26

ι» einlaufenden Stellungsimpulse werden nun gezählt. Durch den Wandler 31, das Radizierglied 32 und den Verstärker 33 wird ein der Sollgeschwindigkeit der Spindeln entsprechendes Analogsignal über den Leitungsweg I von der Umschalteinrichtung 34 auf die

r> Bremssteuerung 37 übertragen, wobei diese mit I bezeichnete Phase in dem Geschwindigkeit/Zeit-Diagramm von F i g. 4 eine Phase des linearen Verlaufs des Sollwerts ist, welche Phase dem gestrichelt gezeichneten parabolischen Verlauf vorangeht, der unterhalb eines bestimmten Schwellwertes einsetzt.

Wenn dieser Schwellwert erreicht ist, werden die Schwellwerteinrichtung 39 sowie der Funktionsgenerator 40 aktiviert, während die Umschalteinrichtung 34 den Leitungsweg I unterbricht und den Leitungsweg II aufbaut, durch den der Funktionsgenerator 40 derart mit dem Komparator 35 verbunden wird, daß der erstere ohne Unterbrechung die Bremsphase II nach der in dei Geschwindigkeit/Zeit-Kurve von Fig.4 gezeichneter linearen Beziehung hervorbringt.

Wenn dann die Spindeln der gewünschten Anhaltestellung näherkommen, löst die Schaltung 41, 41a, unc zwar für einen vorgegebenen Zählerzustand des Impulszählers 29, ?. B. für den Zustand Null an aller Ausgängen, über den Leitungsweg III den Befehl zi maximaler Bremsung der Spindeln aus, deren Anhaltebewegung nun nach einer vorbestimmten Gesetzmäßig keit erfolgt, deren Konstanz leicht die gewünschte Winkelgenauigkeit, und zwar insbesondere im Winkel gradbereich zu erreichen erlaubt.

4<i Diese Phase ist als Phase III in der Geschwindigkeit; Zeit-Kurve von F i g. 4 enthalten.

Sobald kein Bremsbefehl mehr den Speicher 2i erreicht, wird der Impulszähler 29 wiederum auf seiner vorgewählten numerischen Zustand gebracht und du Umschalteinrichtung 34 auf den Leitungsweg I zurück geführt, wobei die Bremssteuerung 37 die Bremst freigibt und gleichzeitig den Beginn eines neuer Bearbeitungsspiels zuläßt.

Hierzu 2 Blatt Z

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stillsetzen eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Maschinenteils, insbesondere einer Werkzeugmaschinenspindel, in einer vorbestimmten Winkelstellung mit einem mit dem umlaufenden Teil verbundenen Impulsgeber, der an einen impulszähler angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal über eine elektronische Schaltung die Erregung einer elektrischen Bremse für das umlaufende Teil steuert, und mit einem mit dem umlaufenden Teil verbundenen Positionsgeber, der bei Anliegen eines Bremsbefehls zur Einleitung des Abbremsvorgangs den Impulszähler freigibt, d a durch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (29) vorwählbar ausgebildet ist und über einen Digital/Analog-Wandler (3Π mit einem Radizierglied (32) in Wirkviiibindung steht, dessen Ausgangssignal eine erste Solldrehzahl für das umlaufende Teil (10) repräsentiert, daß ferner eine Schweflwerteinrichtung (39) vorgesehen ist, die auf einen bestimmten Wert des ersten Solldrehzahlsignals in seiner linearen Entwicklung anspricht und mit einem linearen Funktionsgenerator (40) zusammenwirkt, der ein eine zweite Solldrehzahl für das umlaufende Teil repräsentierendes Signal abgibt, daß eine Umschalteinrichtung (34) vorgesehen ist, die auf die Schwellwerteinrichtung (39) anspricht und die aufeinanderfolgende Übertragung des ersten und zweiten Solldrehzahlsignals auf einen Komparator (35) bewirkt, mit dem außerdem ein ein Ist-Drehzahlsignal des umlaufenden Teils erzeugender Generator (19) verbunden ist und dessen Ausgangssignal der Bremssteuereinrichtung (37) für das umlaufende Teil zuführbar ist, und daß eine Schaltung (41) vorhanden ist, die auf einen vorgegebenen Zählerstand des Impulszählers (29) anspricht und nach dem Ansprechen über den Komparator (35) und die Bremssteuereinrichtung (37) eine maximale Bremsung zum Stillsetzen des umlaufenden Teils bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Funktionsgenerator (40) aus einem Summierglied und einem Integrierglied besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einen vorgegebenen Zählerstand des Impulszählers ansprechende Schaltung (41) mit einem Summierglied (41a) verbunden ist, das zwischen die Umschaltvorrichtung (34) und den Komparator (35) geschaltet ist.