Vorrichtung zum automatischen Einstellen eines Maschinenteils Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Einstellen eines Maschinenteils, z. B. für Werkzeugmaschinen, Messapparate oder derglei chen.
Zweck der Erfindung ist es, zu ermöglichen, dass ein Maschinenteil von einer Lage in eine andere automatisch mit grosser Präzision bewegt wird. Es kommt häufig vor, dass beispielsweise der Support oder Tisch einer Werkzeugmaschine sehr genau ein gestellt werden muss, und es ist von Vorteil, wenn man dies automatisch bewerkstelligen kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum automa tischen Einstellen eines Maschinenteils besitzt einen Zähler, um in Verbindung mit Mitteln zum Bewegen eines Maschinenteils die Bewegungseinheiten dieses Teils zu zählen, und eine bewegungsbegrenzende Vor richtung, welche vorher eingestellt werden kann, damit sie bei einem bestimmten Zählerstand in Tätig keit tritt und die Bewegung des Maschinenteils be grenzt. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck auto matische Einstellung hier in einem allgemeinen Sinn verwendet wird, so dass er sowohl den Fall ein schliesst, wo die Kraft zur Bewegung von einer me chanischen Antriebsmaschine bezogen wird, als auch den andern Fall, bei dem diese Kraft von Hand ausgeübt wird, wobei die Begrenzung der Bewegung automatisch bewirkt wird.
Der Ausdruck Maschi nenteil ist hier auch in einem umfassenden Sinn be nutzt und soll Instrumententeile, wie Mikroskope und Messinstrumente, sowie ferner auch Werkzeuge und andere Vorrichtungen .einschliessen.
Vorteilhaft ist der Zähler ein elektronischer Zäh ler, wobei die Bewegung der Maschinenteile die Ab gabe von zu zählenden Impulsen bewirkt.
Die Mittel zum Aussenden .elektrischer Impulse können verschiedener Art sein. Eine Leitspindel kann beispielsweise benutzt werden, um Bewegungen des Maschinenteils zu bewirken, wobei beim Drehen dieser Leitspindel Kontakte wiederholt geschlossen oder Spiegel betätigt werden können, welche wieder holt eine lichtempfindliche Zelle beleuchten. Ferner kann eine lineare Skala vorgesehen werden, die in Einheiten geteilt ist, welche elektronisch abgetastet werden können. Für kleine Dimensionen von der Grössenordnung von 0,0025 mm jedoch stösst diese Anordnung auf Schwierigkeiten.
Vorteilhaft wird ein magnetisch aufgezeichnetes, Steuersignale aufweisendes Band oder Draht ange wendet. Wenn ein Magnetband oder ein Band, das mit magnetischem Material bestrichen oder imprä gniert wurde, benutzt und mit passender konstanter Geschwindigkeit durch ein Signalaufzeichnungsgerät bewegt wird, dann kann diesem Band eine Reihe von aufeinanderfolgenden magnetischen Modulatio nen aufgeprägt werden, deren Abstände voneinander einer effektiven Längeneinheit entspricht.
Verwendet man zum Beispiel ein magnetisches Tonaufzeich- nungsgerät, welches einen Ton von einer besonderen, nicht notwendigerweise innerhalb des Hörbereiches liegenden Frequenz erklingen lässt, und lässt man das Band durch dieses Gerät mit passender Geschwindig keit laufen, dann kann diesem Band eine Modula- tionsreihe mit Zwischenräumen von 0,0025 mm auf geprägt werden.
Dieses Band kann dann entweder am ortsfesten oder am beweglichen Teil des Maschi nentisches befestigt werden, wobei ein passender elektromagnetischer Tonabnehmer am andern Teil des Tisches angeordnet ist, so dass sich beim Ver schieben dieses Tisches relativ zum ortsfesten Schlit ten das Magnetband und der elektromagnetische Ton abnehmer relativ zueinander bewegen. Eine Anzahl Impulse werden dadurch im Tonabnehmer erzeugt, welche mit einer Geschwindigkeit von einem Im puls pro 0,0025 mm Bewegungslänge auf die Zähl vorrichtung übertragen werden.
Vorzugsweise wird das Magnetband anfänglich um .einen kleinen Bruchteil kürzer als das erforder liche Mass gemacht und wird dann an der Maschine auf normale Länge gestreckt, indem es zwischen ver stellbaren Spanngliedern festgehalten wird.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispiels weise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltungsschema, welches zum Ver ständnis der Wirkungsweise der Vorrichtung zum automatischen Einstellen eines Maschinenteils dient, Fig. 2 .eine Stirnansicht einer Lehrenbohrma schine, in welcher dargestellt ist, welche mit dem Beispiel versehen ist, und Fig. 3 ein Schaltbild des Signalabnehmers, welcher an der in Fig. 2 dargestellten Maschine angeordnet ist. Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Magnetband 11 zwischen einem Ankerpunkt 12, der sich an der Werkzeugmaschine, und zwar einer Lehrenbohrma schine, befindet, und einem Spannteil 13 parallel zum Support 14 der Maschine gestreckt.
Am Magnetband 11 sind eine Reihenfolge magnetischer Modulationen wie oben beschrieben aufgezeichnet, und zwar un gefähr je 400 oder vorzugsweise mehr Modulationen pro Zentimeter Bandlänge. Der den einzustellenden Maschinenteil bildende Support 14 der Werkzeug maschine wird durch eine Leitspindel 15 betätigt, die ihrerseits, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, durch einen Elektromotor 16 über ein Untersetzungs getriebe 22 angetrieben wird.
Am Support 14 ist ein magnetischer Signalab nehmer 17 angeordnet, welcher durch eine elektrische Leitung 18 über ein Steuergerät 23, das mit einem Druckknopf 24 versehen ist, mit einem elektronischen Zähler 19 in Verbindung steht, und beim Bewegen des Supports 14 werden den Modulationen des Ban des 11 entsprechende Impulse abgegeben und als elektrische Impulse zum Zähler 19 geleitet, welcher sie elektronisch zählt und die von einem Nullpunkt aus, der dem einen Ende der Skala entspricht, zu rückgelegte Strecke anzeigt.
Der elektronische Zähler kann der gleiche sein wie der in der Zeitschrift Electronic Engineering vom Oktober 1953 auf Seite 424 beschriebene Vor wählerzähler, bei welchem eine Anzahl von Röhren 20, die allgemein als Dekatronröhren bekannt sind, Anwendung finden, wobei jede dieser Röhren jeweils zehn Kathoden kreisförmig angeordnet auf weist und Mittel zugeordnet hat, um die Kathoden schrittweise in zyklischer Ordnung zu betätigen. Die Röhren 20 sind nebeneinander angeordnet und mit Mitteln versehen, wodurch Einerstellenimpulse durch eine Röhre, Zehnerstellenimpulse durch eine andere Röhre, Hunderterstellenimpulse durch eine weitere Röhre und so fort, gezählt werden.
Eine entspre chende Anzahl von Wahlschaltern 21 sind im Zähler 19 angeordnet, und zwar eine in der Nähe jeder Röhre 20, ferner können die Wahlschalter vorher auf eine bestimmte, in Hunderten, Zehnern, Einern usw. ausgedrückte Zahl eingestellt werden. Wie in der genannten Zeitschrift beschrieben, wird, nachdem die Röhren die vorher eingestellte Dimension ge zählt haben, eine Thyratronröhre betätigt, welche mittels eines Relais den Antrieb 22 zum Stillstand bringt. Wird daher die Vorrichtung vom Nullpunkt aus durch Betätigung des Druckknopfes 24 in Be trieb gesetzt, so bewegt sich der Support 14 bis zu dem Punkt, welcher der vorher eingestellten Einstel lung entspricht, und bleibt dann stehen.
Angesichts der Tatsache, dass es beabsichtigt ist, den Support 14 auf einen Genauigkeitsgrad von 0,025 mm oder feiner einzustellen, enthält der Un tersetzungsgetriebekasten 22 eine Kupplung, welche durch eine Leitung 25 über ein Relais 27 mit dem Zähler 19 in Verbindung steht, während der Motor 16 durch einen Leiter 26 über ein Relais 28 auch an dem Zähler 19 angeschlossen ist. Der Zähler gibt kurz vor Beginn des Vorganges einen einleitenden Impuls durch die Leitung 26 ab. Wenn der Zähler die Zahl erreicht, welche vorher beispielsweise auf 0,25 mm eingestellt wurde, dann wird durch die Leitung 25 und den Relaisverstärker 27 ein Signal aus dem Zähler zum Untersetzungsgetriebe- und Kupplungskasten 22 gesandt, welches eine Änderung der Getriebeuntersetzung und eine Verlangsamung der Bewegung auf eine vorbestimmte Drehzahl be wirkt.
Ein zweites vom Zähler 19 abgegebenes Signal wird von beiden Leitungen 25 und 26 aufgenommen, wobei das erste Signal die Kraftzufuhr zum Motor 16 unterbricht, während das zweite Signal eine Entkupp- lung und Bremsung des Untersetzungsgetriebes 22 bewirkt.
In Fig. 2 ist die Lehrenbohrmaschine dargestellt, welche einen Fussteil 30 mit einer Säule 31, eine Bohrspindel 32 und einen Tisch 33 besitzt, welche alle normale Ausführung aufweisen. Unter dem einen Ende des Tisches ist ein Antriebsaggregat angeord net, welches aus einem Motor 16 zusammen mit einem Untersetzungsgetriebe- und Kupplungskasten 22 besteht und den in Verbindung mit Fig. 1 be schriebenen Teilen entspricht, wobei dieses Aggregat durch einen passenden Antrieb 34 mit der Leitspin- del 15 des Maschinentisches verbunden ist.
Wie schon mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, ist unterhalb des Tisches 33 ein Magnetband 11 zwischen einem ortsfesten Ankerpunkt 12 und einem verstellbaren Spannteil 13 gestreckt angeordnet. Der Tisch 33 trägt eine Anzahl Signalabnehmer 17, 27, 37, 47, 57 und letztere sind wie durch die punktierte Lei tung 18 angedeutet, an den Steuerkasten 23 ange schlossen und stehen über letzteren mit dem Zähler 19 in Verbindung. Dieser Zähler ist durch die Lei tungen 25, 26 und durch den Steuerkasten 23 mit dem Motor sowie dem Untersetzungsgetriebe- und Kupplungskasten, wie bereits beschrieben, verbun den. Der Steuerkasten 23 und der Zähler 19 kön nen an irgendeiner, der Bedienungsperson bequemen Stelle angeordnet sein.
Zum automatischen Betätigen des Querschlittens kann ein zweites Magnetband rechtwinklig zum Band 11 zusammen mit weiteren Signalabnehmern unterhalb des Supportes 33 vor gesehen sein, um mit ihm zusammenzuarbeiten, und ein zweiter, der Vorrichtung 19 ähnlicher Zähler kann angeordnet sein, um einen separaten Queran trieb zu steuern, der Einfachheit halber sind diese Teile jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der Zweck der verschiedenen Signalabnehmer 17 bis 57 soll nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben werden. Es ist unpraktisch, mehr als ungefähr 800 Perioden pro Zentimeter auf dem Magnetband 11 aufzuzeichnen, anderseits ist es jedoch erwünscht, den den einzustellenden Maschinenteil bildenden Sup port 33 auf 0,0025 mm einstellen zu können. Die Signalabnehmer 17 bis 57 bestehen aus ringförmigen Magnetkernen mit engen Schlitzen 35, die nahe ans Band 11 heranreichen. Wenn eine am Band aufge zeichnete, magnetische Modulation gegenüber einem der Schlitze 35 in den Signalabnehmern 17 bis 27 zu liegen kommt, so erzeugt sie einen magnetischen Effekt im Kern 36 des Signalabnehmers und dieses Werk ist von einer Spule 38 umwickelt, die mit dem Steuerkasten 23 verbunden ist, in welchem der Im puls elektrisch verstärkt und dann auf den Zähler 19 übertragen wird.
Ein einziger Signalaufnehmer kann daher eine Bewegung des Supports 33 auf eine vorher eingestellte Lage mit einem Genauigkeitsgrad von 0,0125 mm ermöglichen. Der Signalabnehmer 17 ist in einem genauen Abstand von beispielsweise 50 mm plus oder minus 0,0025 mm vom Abnehmer 27 angeordnet. Der Signalabnehmer 37 ist in glei cher Weise mit Zwischenraum vom Aufnehmer 27 angeordnet und so sind es auch die Abnehmer 47 und 57.
Daraus ergibt sich, dass die Signalabnehmer 27, 37, 47 und 57 hintereinander während einem Fünftel der am Band aufgezeichneten Magnetisie- rungsperiode arbeiten, das bedeutet also, diese Ab nehmer arbeiten bei Supportbewegungen, welche einem wechselseitigen Abstand von 0,0025 mm ent sprechen, und es wird daher die Periode jeweils nach 0,0025 mm wiederholt und Impulse werden auf den Zähler nach jeder Bewegung von 0,0025 mm erteilt, so dass der Support 33 präzis auf diese Genauigkeit eingestellt werden kann, vorausgesetzt, das Getriebe 22 verlangsamt die Bewegung vor Erreichen des Haltepunktes in genügendem Mass, um Kupplung und Bremse Zeit zu geben, während einer Bewegung des Supports zu wirken, die weniger als 0,0025 mm be trägt.
Aus diesem Grund sollte die Endgeschwindigkeit, das heisst die verringerte Geschwindigkeit des Sup ports, annähernd 0,051 mm pro Sekunde nicht über schreiten. Um sicherzustellen, dass die Signale und die Abnehmer 17 bis 57 bei einer solchen Geschwin digkeit passend funktionieren, sollten die Signal abnehmer und deren Verstärkungsmittel so beschaf fen sein, wie es in der Zeitschrift Electronic vom September 1954, Seite 156, beschrieben ist, wo die Magnetband-Signalabnehmer und die mit ihnen in Verbindung stehenden Stromkreise von der Bewe gungsrichtung des Bandes 2u den Köpfen abhängig sind.
Ein weiterer Vorteil besteht bei dieser Anord nung darin, dass jede Bewegung des Supports in einer Richtung eine positive Reaktion erzeugt, während sie in entgegengesetzter Richtung eine negative Reak tion hervorruft, was bedeutet, dass der Impulskopf richtungsempfindlich ist und der Zähler bei Umkeh rung des Supports nach rückwärts bis Null registriert. Eine Umkehrung des Supports kann am Steuer kasten 23 mittels eines zusätzlichen Druckknopfes 44 bewirkt werden und ferner kann dort auch ein Not fallabstellknopf 54 vorgesehen sein.
Wird, wie oben beschrieben, eine zweite Bewe gung des Supports in eine unterschiedliche Lage er forderlich, so muss der Operateur den Zähler 19 dem entsprechend einstellen, aber es ist klar, dass die vor her eingestellten Schalter 21 auch für automatische Betätigung durch eine Nockenwelle angeordnet wer den könnten, wodurch der Support nacheinander zu einer Anzahl verschiedener Stellungen bewegt wer den könnte. Falls der Querschlitten in ähnlicher Weise gesteuert wird, kann das Arbeitsstück prak tisch in jede gewünschte Folge von Stellungen über seine Gesamtfläche automatisch eingestellt werden.
Selbst in den Fällen, wo eine solche automatische Bewegungssteuerung nicht angewandt wird, ist es jedoch für eine Bedienungsperson leicht, nach Aus führung einer bestimmten Bewegung und nach dem Stillsetzen des Antriebes 22 die Schalter 21 für den nächsten Arbeitsgang wieder einzustellen, solange die Maschine beispielsweise einen Bohrvorgang in einer bereits eingestellten Lage ausführt, und da der Ar beiter zudem genügend Zeit zum Einstellen und Prü fen hat, so wird Zeit gespart, und die Präzision ver bessert. Es ist auch zu beachten, dass die Einstell genauigkeit ganz unabhängig von irgendwelchen De fekten der Leitspindel ist, da sie ja lediglich von der Genauigkeit des Magnetbandes 11 abhängt.
Ferner ist es von Bedeutung, dass die beschriebene Vorrich tung auch auf einen Drehkörper, wie beispielsweise ein kreisförmiger Support oder ein Teilkopf, ange wandt werden kann.