DE2600680A1

DE2600680A1 - Verfahren zur steuerung des betriebsablaufs von werkzeugmaschinen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2600680A1
Application number: DE19762600680
Authority: DE
Inventors: Jun George T Mallick; Robert C Miller
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1976-07-22
Also published as: US4088899A; BR7600241A; AU1014476A; US4023044A; CA1125891A; ES444479A1; FR2297692A1; BE837711A; JPS5939240B2; SE430005B; IT1056685B; ZA758065B; GB1511942A; CH602273A5; FR2297692B1; SE7600521L; JPS5197075A

Description

Verfahren zur Steuerung des Betriebsablaufs von Werkzeugmaschinen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebsablaufs von Werkzeugmaschinen, die einen sich wiederholenden Arbeitsgang an einem Werkstück ausführen und in Abhängigkeit von mechanischen Impulsen elektrische Signale erzeugen, wobei eine von dem elektrischen Signal abgeleitete Prüffunktion mit einer Vergleichsfunktion verglichen und daraus eine Korrekturgröße abgeleitet wird, wenn die beiden Funktionen um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinander abweichen, sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

In der Industriegesellschaft besteht ein permanenter Bedarf für große Quantitäten identischer Teile, um daraus verschiedenartige Artikel herzustellen. Derartige Teile werden in Werkzeugmaschinen mit wiederholenden

Fs/mü Arbeitsabläufen

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ί.

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Arbeitsabläufen bei kontinuierlicher Zuführung von Vorrats material erzeugt. Derartige Werkzeugmaschinen können z.B. rotierende Spindeln zum Bohren oder Schleifen oder hin und her gehende Stempel aufweisen, die je nach eingesetztem Werkzeug zum Schmieden, Planieren, Stanzen oder Gesenkschmieden verwendet werden können. Bei beiden Arten von Werkzeugmaschinen laufen sich wiederholende Arbeitsgänge in gleichen Zeitperioden ab, d.h. die Spindel benötigt für jede Umdrehung eine bestimmte Zeitdauer bzw. der Stempel führt einen Hub in einer vorgegebenen Zeitdauer aus.

Mit derartigen Maschinen können sich wiederholende Arbeitsgänge automatisch und ohne personelle Überwachung ausgeführt werden. Dabei wiederholen sich in einer Zeiteinheit eine große Anzahl von Arbeitsgangen. Die einzelnen Werkzeugmaschinen haben jedoch nicht die Möglichkeit, einen einwandfreien Funktionsablauf selbsttätig zu überwachen. Daher ergeben sich immer wieder Situationen, wodurch infolge einer fehlerhaften Stanzform, falscher Zuführung des Vorratsmaterials bzw. infolge Ausfalls der Schmierung oder dergl. eine Vielzahl unbrauchbarer Teile hergestellt werden. Diese Fehlfunktionen können erst abgestellt werden, wenn sie durch das Bedienungspersonal festgestellt werden und die Werkzeugmaschine neu eingestellt wird.

Besonders große Schäden entstehen, wenn gelegentlich zwischen die Werkzeuge aus un vorher sehbaren Gründen Fremdkörper gelangen, die z. B. einen Stanzstempel oder gar die Werkzeugmaschine selbst stark beschädigen. In einem solchen Fall ist es notwendig, daß die Werkzeugmaschine für lange Zeit stillsteht, um die notwendige Temperatur ausführen zu können. Da insbesondere die Werkzeuge in der Regel sehr teuer sind, ergeben sich hohe Unterhaltskosten für die Wartung und die Reparatur, die sich als entsprechender Kostenanteil merkbar auf die Masse der erzeugten Stücke auswirken. Das heißt, es ergeben sich höhere Allgemeinkosten für den Betrieb

- 2 - der

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ORfQ/_NAL

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der Werkzeugmaschine.

Es ist daher wünschenswert, daß bei einer Werkzeugmaschine ein Fehlbetrieb sofort festgestellt werden kann, bevor eine große Anzahl von unbrauchbaren Teilen erzeugt bzw. die Werkzeugmaschine selbst oder das Werkzeug beschädigt wird. Für Stanzpressen ist eine solche Einrichtung bekannt (US-PS 3 444 390), wobei ein piezoelektrischer Wandler Verwendung findet, um sich verstärkende Störungen festzustellen. Die im Normalbetrieb der Presse erzeugten Spitzenamplituden des Wandlersignals werden mit den Spitzenamplituden des Wandlersignals während wiederholender Arbeitsgänge verglichen. Wenn die Signalamplitude größer als beim Normalbetrieb ist, wird die Werkzeugmaschine abgeschaltet.

Ungewöhnlich große Spitzenamplituden werden erzeugt, wenn Fremdmaterial in eine Presse gelangt oder andere ernsthafte Beschädigungen auftreten. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Unregelmäßigkeiten im Arbeitsablauf der Werkzeugmaschine, die keine sehr großen Abweichungen in den Spitzenamplituden der Signale auslösen, wie dies z.B. beim fehlerhaften Zuführen des Vorratsmaterials der Fall ist. Diese Fehlfunktionen werden daher durch das bloße Überwachen der Spitzenamplituden des Wandlers nicht festgestellt. Das gleiche trifft auch zu für die Abnutzung des Werkzeugs bzw. bei einer fehlerhaften Schmierung. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich derartige einschleichende Fehlfunktionen schnell feststellen lassen und das die Möglichkeit einer schnellen Anpassung beim Umrüsten der Werkzeugmaschine an den neuen Arbeitsablauf bietet.

Gemäß der Erfindung werden die erwähnten Nachteile ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die Prüffunktion als Funktion der Zeitabhängigkeit des elektrischen Signals erzeugt wird, und daß als Vergleichs funktion diejenige Prüffunktion verwendet wird, welche sich als Prüffunktion beim normalen Arbeitsbetrieb ergibt..

- 3 - Einrichtungen

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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß Einrichtungen vorhanden sind, um die Prüf funktion als Funktion des vom Wandler abgegebenen Signals und als Funktion der Zeit abzuleiten, und daß ferner Einrichtungen vorhanden sind, um automatisch die Vergleichs funktion während des Normalbetriebs der Werkzeugmaschine zu erzeugen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Durch die Maßnahmen der Erfindung ist es möglich, bei einer Werkzeugmaschine eine Steuerung des Betriebsablaufes vorzusehen, die auch allmählich sich einstellende Fehlfunktionen erkennt und insbesondere an die Produktion unterschiedlicher Teile beim Umrüsten der Maschine anpaßbar ist.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stanzpresse mit einer Steuerung gemäß der Erfindung; Fig. 2 das Schaltbild für das Überwachungs - und Steuersystem;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Aus gangs signale des Detektors gemäß Fig. 2 bei vier normalen Stanzvorgängen und zwei daran anschließenden Stanzvorgängen nach dem Auftreten eines Fehlers;

Fig. 4 das Aus gangs signal am Verstärker gemäß Fig. 2 bei einem normalen Stanzvorgang mit einem Stanzwerkzeug, das von dem zur Erzeugung der Signale gemäß Fig. 3 verschieden ist;

- 4 - Fig. 5

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Fig. 5 ein dem Signal gemäß Fig. 4 entsprechendes Signal während eines Stanzhubes mit einer fehlerhaften Zuführung des Vorratsmaterials, so daß fehlerhafte Stanzschnitte erzeugt werden;

Fig. 6 ein dem Signal gemäß Fig. 4 entsprechendes Signal, wie es bei der Verwendung eines abgenutzten Stanzwerkzeugs entsteht, das zur Ausbildung eines Grads am ausgestanzten Stück führt;

Fig. 7 die Frontansicht der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Stanzpresse 10 mit einem automatischen Überwachungs system dargestellt, welche aus einem Ständer 10 und einem C-förmigen Rahmen 14 besteht. Der untere Schenkel des C-förmigen Rahmens 14 dient als Aufspannplatte 18 für den stationären Stanzschuh 20. Eine Antriebswelle 22 verläuft quer durch den oberen Schenkel des Rahmens 14 und ist mit einem Schwungrad 24 verbunden. Ebenfalls mit der Antriebswelle 22 verbunden ist ein Mechanismus im Innern des Rahmens 14, der die Drehbewegung der Welle in eine Hubbewegung für den Rammstempel 26 umsetzt. An dem Rammstempel 26 ist ein Stanzstempel 28 angebracht init einer Vielzahl von Stempelelementen, welche mit entsprechenden Ausnehmungen am Stempelschuh 20 zusammenwirken.

Zwischen den Stanzstempel 28 und den Stanzschuh 20 wird das Vorratsmaterial 30 in Form eines Bandstahles mit Hilfe eines nicht dargestellten Mechanismus eingeführt. Durch die Drehung der Welle 22 wird der Stanzstempel 28 mit voller Wucht auf das Stanzmaterial aufgesetzt und in den Stanzschuh verschoben. Auf diese Weise werden aus dem Stanzmaterial einzelne Teile ausgestanzt bzw. Teile verbogen oder sonstwie verformt. Im Normalbetrieb

- 5 - dreht

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dreht sich die Antriebswelle 22 kontinuierlich und bewirkt eine kontinuier- ; liehe Hubbewegung des Rammstempels 26. Der Zuführmechanismus für das Vorratsmaterial ist mit der Drehung der Antriebswelle synchronisiert, so daß das Bandmaterial nach jedem Stanzhub um eine Positions länge weiterverschoben wird und eine kontinuierliche Herstellung von Stanzteilen zuläßt.

Neben der Stanzpresse 10 ist auf einem separaten Sockel 32 eine Bedienungsvorrichtung angebracht, die Bedienungselemente 34 für die Stanzpresse umfaßt. Mit Hilfe dieser Bedienungselemente kann die Bedienungsperson die Stanzpresse durch einen vollen Bearbeitungshub in kleinen Schritten steuern u.

die
es bietet sich/ Möglichkeit, die Stanzpresse auf einzelne Stanzhübe oder auch auf eine Vielzahl von kontinuierlich hintereinander ausgeführten Stanzhüben einzustellen. Über den Bedienungselementen 34 ist ein Steuerteil 36 angeordnet, dessen Frontplatte in Fig. 7 dargestellt ist und drei mit Leuchtzeicher versehene Druckknöpfe 38, 40 und 42 sowie zwei Warnlampen 44 und 46 aufweist.

In dem stationären Stanzschuh 20 ist in einer Gewindebohrung ein Wandler in Form eines piezoelektrischen Beschleunigungsmessers angeordnet. Im Betrieb der Stanzpresse 10 erzeugt dieser Wandler 48 ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einem mechanischen Stanzhub und dem dabei im Stanzschuh erzeugten mechanischen Impuls. Der Wandler ist über ein koaxiales Kabel mit der elektronischen Schaltung des Überwachungssystems 50 verbunden, das innerhalb des Steuerteils 36 untergebracht ist. Dieses Überwachungssystem 50 ist in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt und umfaßt einen Impedanzwandler 52, der die hohe Ausgangsimpedanz des Wandlers 48 in die für die nachfolgenden Stufen des Überwachungssystems erforderliche niedrige Impedanz umwandelt. Dieser Impedanzwandler 52 ist ausgangsseitig mit dem Eingang eines Verstärkers 54 mit veränderbarer Verstärkung verbunden. Ausgangeseitig ist dieser Verstärker 54 an einen Detektor 56 angeschlossen, der das Wechselstromsignal des Wandlers 48

- 6 - in ein

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in ein Gleichstromsignal umwandelt.

Das Aus gangs signal des Detektors 56 wird in eine Integrations stufe 58 eingespeist, die das Zeitintegral des vom Detektor 56 gelieferten Signals feststellt. Das Aus gangs signal der Integrations stufe 58 stellt die Prüffunktion dar, die in einen Komparator 60 eingespeist und mit einer vorgegebenen Vergleichsfunktion verglichen wird, um eine Stufe 62 bzw. 64 zu erregen, wenn das Prüfsignal das Bezugsniveau um mehr als einen bestimmten Betrag übersteigt.

Gemäß Fig. 1 ist mit dem Rahmen 14 ein Kur ζ zeitschalter 66 verbunden, der bei jeder Drehung der Antriebswelle 22 betätigt wird. Dadurch wird ein Synchronisations impuls immer dann erzeugt, wenn der Rammstempel 26 seine obere Totpunktlage durchläuft. Der Kurzzeitschalter 66 ist mit dem Steuerteil 36 verbunden und liefert Synchronisationsimpulse an die digitale Folgelogik 68 gemäß Fig. 2. Diese digitale Folgelogik 68 wird ferner über Druckknöpfe 38, 40 und 42 im Bedienungsteil 34 angesteuert und ist ausgangsseitig mit dem Verstärker 54 und einer Rückstellstufe 70 verbunden. Die digitale Folgelogik 68, die ferner auch mit dem Komparator 60 verbunden ist, steuert den Betrieb des Überwachungssystems in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Das Aus gangs signal des Überwachungs systems wird von einem Relais 71 geliefert, dessen Relaiskontakt in Serie zur Antriebs schaltung der Stanzpresse liegt. Dieser Relaiskontakt ist normalerweise geschlossen, so daß die Stanzpresse ihren normalen Arbeitsbetrieb durchläuft. Beim öffnen des Relais wird die Stanzpresse abgeschaltet. Anstelle des Relais 71 können auch andere Elemente Verwendung finden, z.B. ein Triac, solange diese dieselbe Schaltfunktion übernehmen.

Das von dem Wandler 48 während des Betriebs der Stanzpresse 10 erzeugte Signal ist in Fig. 3 nach dem Durchlaufen des Verstärkers 54 und des

- 7 - Detektors

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Detektors 56 dargestellt. Der Signalverlauf 72, 74, 76 und 78 entspricht dem normalen Stanzbetrieb bei der Herstellung einwandfreier Stanzstücke. In dem Zeitintervall zwischen dem Signal 78 und dem Signal 80 ist annahmegemäß ein kleines Stückchen am Stanzstempel bzw. Stanzschuh abgebrochen und zwischen die Stanzwerkzeuge geraten. Damit wird eine veränderte Anzeige im Wandler 48 ausgelöst, die durch den Signalverlauf 80 gekennzeichnet ist. Aufgrund dieser geringfügigen Beschädigung der Stanzwerkzeuge wurde eine ernsthafte Beschädigung ausgelöst, bevor die Stanzpresse 10 abgeschaltet werden konnte. Bei den bekannten Steuereinrichtungen werden nur ungewöhnlich hohe Amplitudenspitzen des Wandlersignals ausgewertet und zum Abschalten der Werkzeugmaschine beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes benutzt. Diese Überwachungseinrichtungen können Signalveränderungen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, nicht berücksichtigen und können daher eine Stanzpresse auch nicht abschalten, bevor eine weitere Beschädigung auftritt.

In Fig. 4 ist ein Signal dargestellt, wie es am Ausgang des Verstärkers 54 bei einem normalen Arbeitshub der Stanzpresse und einem bei dem Beispiel gemäß Fig. 3 verwendeten Stanzwerkzeug auftritt. In Fig. 5 ist ein entsprechendes Signal dargestellt, wobei sich eine geringfügige Fehlfunktion beim Einspeisen des Bandstahls in der Form ergeben hat, daß der Bandstahl nicht genügend weit in das Stanzwerkzeug vor dem nächstfolgenden Stanzhub eingeschoben wurde. Es wird daher ein Teil des Materials ausgestanzt, der sich mit dem durch den vorausgehenden Stanzhub ausgestanzten Bereich überlappt. Ein solcher Betriebsfehler führt zu nicht brauchbaren Stanzteilen und zu einer sehr raschen Abnutzung des Stanzwerkzeuges. Man kann erkennen, daß die Spitzenamplituden des Signals gemäß Fig. 5 etwa gleich oder geringfügig kleiner als die Spitzenamplituden beim fehlerfreien Normalbetrieb gemäß Fig. 4 sind. Unter diesen Voraussetzungen würde ein bekanntes Überwachungssystem die Fehlfunktion der Stanzpresse nicht erkennen und somit die Stanzpresse nicht rechtzeitig abschalten.

- 8 - In Fig. 6

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In Fig. 6 ist ein Signalverlauf dargestellt, der sich in derselben Weise wie bei den Fig. 4 und 5 ergibt, wobei jedoch das Stanzwerkzeug aus dem Stanzschuh 20 und dem Stanzstempel 28 stark abgenutzt ist und dadurch Stanzteile mit einem Grat entstehen. Derartige Stanzteile sind als Ausschuß nicht brauchbar und würden bei Überwachungseinrichtungen bekannter Art nicht erkannt werden, da die Spitzenamplituden des vom Wandler 48 erzeugten Signals gleich oder kleiner als die Spitzenamplituden des Signals beim Normalbetrieb sind.

Das Überwachungssystem gemäß der Erfindung verwendet Einrichtungen zum Erzeugen einer Prüffunktion, die sowohl eine Funktion der Zeit als auch der Amplitude des vom Wandler während des Betriebs der Werkzeugmaschine erzeugten Signals ist, wobei diese Prüffunktion eine Verbesserung der Empfindlichkeit des Überwachungssystems zur Feststellung fehlerhafter Betriebsbedingungen ermöglicht. Mit Hilfe dieses Signals kann die der Betriebszeit zugeordnete Zeitdauer der Werkzeugmaschine analysiert werden. Bei- dem in Fig. 2 dargestellten System werden die von dem Kurz zeitschalter 66 erzeugten Synchronisationsimpulse über die digitale Folgelogik 68 in die Integrations stufe 58 eingespeist, welche diese von dem Wandler 48 gelieferten Signale summiert. Die Synchronisationsimpulse werden dazu benutzt, die Integrations stufe 58 zu einem gegebenen Zeitpunkt während der Zeitdauer eines Stanzhübs zurückzustellen und das Zeitintegral des Wandlersignals über die Zeitdauer eines Hubs zu ermitteln. Durch die Integration des vom. Wandler 48 während der sich im normalen Arbeitsbetrieb wiederholenden Maschinenzyklen und die Beibehaltung der Verstärkungseinstellung im Verstärker können die Zeitintegrale aufeinanderfolgender Arbeitsgänge überwacht und verglichen werden. Die Integrations stufe erzeugt somit die Prüffunktion, die sowohl eine Funktion der Amplitude des Wandlersignals als auch der Zeit ist, und ermöglicht dem Überwachungssystem, das während eines Maschinenzyklus erzeugte Signal zu analysieren im Gegensatz zur bloßen Feststellung der Spitzenamplitude bei bekannten Systemen. Durch die

- 9 - Analyse

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Analyse und den Vergleich des Zeitintegrals des erzeugten Signals

können Fehlfunktionen, die sowohl ein größeres als auch ein kleineres als das normale Zeitintegral auslösen, festgestellt werden. Der Ausfall der Materialzufuhr würde beispielsweise in einem sehr viel kleineren Zeitintegral als dem dem Normalbetrieb zugeordneten Zeitintegral resultieren und entsprechend einen Alarm auslösen.

Im Betrieb der Stanzpresse mit dem Überwachungssystem gemäß der Erfindung wird von der Bedienungsperson die Stanzpresse 10 in normaler Weise eingestellt, indem mit Hilfe der im Bedienungsteil 34 vorgesehenen Bedienungselemente die Werkzeugmaschine in Betrieb gesetzt und die Herstellung einwandfreier Stanzstücke eingestellt wird. Sobald der Normalbetrieb eingestellt und festgestellt ist» wird von der Bedienungsperson der beleuchtete Druckknopf 38 mit der Aufschrift EINSTELLEN gedrückt, die augenblicklich aufleuchtet. Von diesem Zeitpunkt an läuft der Betrieb automatisch ab, wobei die digitale Folgelogik 68 den Verstärker 54 veranlaßt, sich auf das niedrigste Verstärkungsniveau einzustellen* Die Signale vom Wandler 48 werden über den Impedanzwandler 52,, den Verstärker 54 und den Detektor 56 in die Integrationsstufe 58 eingespeist. Die Integrationsstufe summiert diese Signale, bis der erste Synchronisations impuls von der digitalen Folgelogik 68 festgestellt wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Prüffunktion, d. h. das von der Integrationsstufe gelieferte Ausgangssignal kleiner als ein beliebig vorgegebenes Einstellniveau ist, z.B. kleiner als ein Volt, wird von der digitalen Folge schaltung 68 die Verstärkung des Verstärkers 54 vor dem nachfolgenden Stanzhub vergrößert. Während dieses nachfolgenden Stanzhubs wird vom Wandler 48 ein neues Signal empfangen und in entsprechender Weise in der Schaltung gemäß Fig. 2 bearbeitet und mit dem auf ein Volt eingestellten Bezugs signal verglichen. Auf diese Weise wird die Verstärkung des Verstärkers 54 automatisch durch die digitale Folgelogik 68 von Stanzhub zu Stanzhub vergrößert, bis eine Prüffunktion von der Integrations stufe 58 während eines Stanzhubes geliefert wird, das

- 10 - das

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das eingestellte Bezugsniveau von einem Volt übersteigt. In den auf diesen letzten Stanzhub, bei welchem die Prüffunktion das eingestellte Bezugsniveau übersteigt, folgenden Stanzhüben hebt nunmehr die digitale Folgelogik 68 automatisch das Bezugsniveau über den Wert von einem Volt hinaus an, bis die Differenz zwischen der Prüffunktion über einen kompletten Stanzhub und die beliebige Einstellung des Bezugsniveaus kleiner als beispielsweise 0,12 V ist. Die Einstellung des Bezugsniveaus repräsentiert somit die während des Normalbetriebs der Stanzpresse ermittelte Prüffunktion. Dadurch wird die Prüffunktion zur Vergleichsfunktion, womit die Beleuchtung der mit EINSTELLEN bezeichneten Taste 38 abgeschaltet und die Beleuchtung der mit AUTOMATIK bezeichneten Taste 40 im Steuerteil 36 eingeschaltet wird. In diesem automatischen Betrieb wird die Verstärkung des Verstärkers 54 für alle aufeinanderfolgenden Stanzhübe beibehalten. Auf diese Weise wurde die Vergleichsfunktion automatisch ermittelt. Das von dem Wandler 48 während aller nunmehr folgenden Stanzhübe erzeugte Signal wird mit dem eingestellten Verstärkungsniveau verstärkt und nach der Verarbeitung im Detektor 56 in der Integrations stufe 58 integriert.

Wenn sich eine Differenz zwischen der so ermittelten Prüf funktion und der Vergleichsfunktion bei einem der nachfolgenden Stanzhübe ergibt und diese die Vergleichsfunktion um einen ersten vorgegebenen Betrag übersteigt, wird im Steuerteil 36 die mit PRÜFEN bezeichnete Anzeigelampe 44 eingeschaltet. Dies zeigt an, daß sich eine wenn auch nicht ernsthafte Fehlfunktion eingestellt hat, die das Abschalten der Stanzpresse noch nicht auslöst. Wenn die Differenz zwischen dem Aus gangs signal der Integrations stufe 58 und der Vergleichsfunktion einen zweiten vorgegebenen Betrag, der größer als der erste Betrag ist, übersteigt, leuchtet die mit ALARM gekennzeichnete Anzeigelampe 46 auf. Gleichzeitig wird beim Empfangen des nächsten Synchronisations impuls es das Relais 71 betätigt und die Stanzpresse abgeschaltet. Diedes Abschalten der Stanzpresse und das Aufleuchten der Anzeigelampe ALARM ergibt sich auch, wenn die Prüffunktion während irgendeines Stanz-

- 11 - · hubes

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hubes der Presse um einen vorgegebenen Betrag unterhalb der Vergleichs funktion liegt und damit eine Fehlfunktion, z. B. in der Materialzufuhr anzeigt.

Zu jedem gegebenen Zeitpunkt während des Betriebs der Stanzpresse kann eine Bedienungsperson den mit HANDBETRIEB gekennzeichneten Druckknopf 42 betätigen. Dadurch wird das Überwachungssystem abgeschaltet, jedoch bleibt die Verstärkungseinstellung des Verstärkers 54 in der während des Einstellbetriebs eingenommenen Position. Auf diese Weise kann durch eine nachfolgende Betätigung des mit AUTOMATIK bezeichneten Schalters 40 das Überwachungssystem wieder eingeschaltet werden, so da/3 die von dem Wandler 48 gelieferten Signale während aller nachfolgenden Stanzhübe mit dem anfänglich eingestellten Zustand verglichen werden.

Der in der vorausstehenden Beschreibung erwähnte Wandler 48 ist in dem stationären Stanzschuh 20 der Werkzeugmaschine montiert. Es ist jedoch auch möglich, den Wandler in der Aufspannplatte 18 oder in einer anderen geeigneten Position der Werkzeugmaschine anzuordnen, solange die während des Betriebs der Werkzeugmaschine erzeugten mechanischen Impulse auf den Wandler einwirken. Anstelle eines piezoelektrischen Beschleunigungsmessers kann für den Wandler auch ein Mikrofon benutzt werden, das in der Nachbarschaft des Stanzwerkzeuges angebracht ist und das Stanzgeräusch in elektrische Signale umwandelt.

Das vorausstehend erläuterte Überwachungs system kann prinzipiell auch für Werkzeugmaschinen mit rotierenden Teilen Verwendung finden, wobei z. B. magnetische Induktionsgeber Verwendung finden, um einen Synchronisationsimpuls bei jeder Umdrehung einer Spindel festzustellen. Mit Hilfe des Wandlers wird ein Signal bei jeder Umdrehung einer Arbeitsspindel erzeugt, das in der vorausstehenden Weise analysiert und integriert wird. Auf diese Weise lassen sich auch fehlerhafte Drehgeschwindigkeiten, z. B. Schneidge schwindigkeiten, Bohrgeschwindigkeiten oder abgebrochene Teile am Werk-

- 12 - ' zeug

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zeug feststellen. Insbesondere auch unerwünschte Erschütterungen sowie das Fehlen von ausreichender Schmierung an der Schneidoberfläche ist ohne weiteres mit diesen Hilfsmitteln festzustellen.

Unter Verwendung des durch die Erfindung gegebenen Prinzips sind auch weitere detaillierte Analysen möglich, indem z. B. zwei oder mehr Integrationsstufen Verwendung finden, um verschiedene Teile der Maschine bzw. des Werkzeugs während des Betriebs zu analysieren. Dabei könnten Torschaltungen Verwendung finden, um hochempfindliche Integrations stufen während Zeitabschnitten eines Betriebs zyklusses einzuschalten, während welchen nur sehr kleine Signalamplituden erzeugt werden, wogegen Integrationsstufen mit geringerer Empfindlichkeit nur während derjenigen Zeitabschnitte eingeschaltet werden, während Signale mit hoher Amplitude erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich eine sehr viel feinere Auflösung und sehr viel engere Toleranzen erzielen bzw. einhalten.

Für den Fall, daß eine noch feinere Überprüfung erwünscht ist, können auch Rechner Verwendung finden, um die Amplitude des Signals in sehr kurzen Zeitabständen nacheinander während eines gesamten Arbeitszyklusses aus zumessen und die einzelnen Meßproben in einem Speicher zu speichern. Ein entsprechender Satz von Vergleichsamplituden, die als Vergleichs funktion für die entsprechenden Zeitabschnitte verwendet werden, können ebenfalls im Speicher des Rechners untergebracht sein. Die einzelnen Amplitudenwerte der vom Wandler erzeugten Signale werden zu jedem Prüfzeitpunkt während aufeinanderfolgender Maschinenzyklen dazu benutzt, um die Prüffunktion zu erstellen, die mit der Vergleichsfunktion verglichen wird. Ein solches rechnergestütztes Überwachungssystem ist dann besonders wertvoll, wenn sehr hohe Genauigkeit bei der Herstellung von Teilen erforderlich ist. Eine genaue Komputer-Analyse der Prüffunktionen in Abhängigkeit von der Zeit würde ebenfalls sehr wertvoll sein, um die Form eines Stanzwerkzeuges und dessen Betriebsverhalten im

- 13 - einzelnen

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einzelnen zu diagnostizieren.

Mit Hilfe des vorausstehend beschriebenen Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Einrichtung ist es möglich, automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen bezüglich ihres Betriebsverhaltens besser zu überwachen und zu steuern. Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen in vielseitigen Abwandlungen je nach der Art des Einsatzes für eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeugmaschinen Verwendung finden können.

- 14 - Patentansprüche

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Claims

/Γ 2500680 WS52P-1381 Patentansprüche

1. J Verfahren zur Steuerung des Betriebablaufs von Werkzeugmaschinen,

die einen sich wiederholenden Arbeitsgang an einem Werkstück ausführen und in Abhängigkeit von mechanischen Impulsen elektrische Signale erzeugen, wobei eine von dem elektrischen Signal abgeleitete Prüffunktion mit einer Vergleichsfunktion verglichen und daraus eine Korrekturgröße abgeleitet wird, wenn die beiden Funktionen um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinander abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüffunktion als Funktion der Zeitabhängigkeit des elektrischen Signals erzeugt wird, und daß als Vergleichsfunktion diejenige Prüffunktion verwendet wird, welche sich als Prüffunktion beim normalen Arbeitsbetrieb ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf funktion bei jedem wiederkehrenden Arbeitsgang der Werkzeugmaschine bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsfunktion durch die Änderung der Verstärkung eines Verstärkers bestimmt wird," welcher das elektrische Signal vor dem Erzeugen der Prüffunktion verstärkt, daß die Verstärkung des Verstärkers während aufeinanderfolgender Arbeitsgänge verändert wird, bis die während des normalen Arbeitsbetriebs bestimmte Prüffunktion gleich einem beliebigen Einstellniveau ist, und daß die Verstärkung auf diesem Niveau während nachfolgender Arbeitsgänge der Werkzeugmaschine gehalten wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleich eine erste Korrektur erfolgt, wenn die Prüffunktion kleiner als die Vergleichsfunktion ist, und daß

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eine zweite Korrektur erfolgt, wenn die Prüffunktion die Vergleichs funktion um mehr als einen ersten vorgegebenen Betrag übersteigt.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem an der Werkzeugmaschine angebrachten Wandler zur Erzeugung des von mechanischen Impulsen abhängigen elektrischen Signals und Einrichtungen, um die Prüffunktion mit der Vergleichs funktion zu vergleichen, um daraus ein Korrektur signal als Steuersignal abzuleiten, wenn die Prüffunktion und die Vergleichsfunktion um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinander abweichen, dadurch gekennzeichne t, daß Einrichtungen vorhanden sind, um die Prüffunktion als Funktion des vom Wandler abgegebenen Signals und als Funktion der Zeit abzuleiten, und daß ferner Einrichtungen vorhanden sind, um automatisch die Vergleichsfunktion während des Normalbetriebs der Werkzeugmaschine zu erzeugen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der Prüffunktion Integrationseinrichtungen umfassen, um ein Aus gangs signal zu erzeugen, das proportional dem Zeitintegral der Signalamplitude des Wandlers über diejenige Zeitdauer ist, die jedem sich wiederholenden Arbeitsgang entspricht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, um Synchronisations impulse zum jeweils gleichen Zeitpunkt während jeder der sich wiederholenden Arbeitsgänge zu erzeugen, und daß ferner Rückstelleinrichtungen vorhanden sind, um die Integrations einrichtungen einmal während jedes sich wiederholenden Arbeitsganges in Abhängigkeit von den sich wiederholenden Synchronisationsimpulsen zurückzustellen.

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8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wandler und die Integrations einrichtungen der Verstärker mit veränderlicher Verstärkung geschaltet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vergleichsfunktion erzeugenden Einrichtungen eine Folgelogik umfassen, um die Verstärkung des Verstärkers während des normalen Arbeitsbetriebes derart zu verändern, um das Ausgangs signal der Integrations einrichtungen zum Zeitpunkt der Synchronisationsimpulse im wesentlichen gleich dem beliebigen Einstellniveau zu machen.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem piezoelektrischen Beschleunigungsmesser besteht.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem Mikrofon besteht.

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