DE2857549C2

DE2857549C2 -

Info

Publication number: DE2857549C2
Application number: DE2857549A
Authority: DE
Inventors: Erich Tlaker; Clarence M. Springfield Vt. Us Nichols
Original assignee: Fellows Corp
Current assignee: Fellows Corp
Priority date: 1977-01-10
Filing date: 1978-01-02
Publication date: 1989-03-23
Also published as: JPS62124852A; DE2858367C2; CH635268A5; CH635267A5; FR2400993A1; CH635269A5; FR2400992A1; GB1595643A; DE2857552C2; JPS62124849A; CH635266A5; JPH0367818B2; FR2387735A1; DE2857551C2; JPH0367819B2; JPH0367820B2; DE2857550C2; JPH0144450B2; JPS62124853A; IT7819053A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikdrucksteuerungssystem für den axial hin- und herbeweglichen Stößel einer Zahnrad wälzstoßmaschine mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben zum Ausführen eines Schneidhubs und eines Rückhubs, und mit einer einstellbaren Druckmittelquelle und einem Steuerschieber zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu dem Kolben.

Eine Zahnradwälzstoßmaschine auf die vorstehend Bezug genommen wird, ist aus der DE-PS 9 07 241 bekannt. Beim Hydraulik-System dieser Maschine kann lediglich die Fördermenge verändert werden, um unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydraulikdrucksteuerungs system für Zahnradwälzstoßmaschinen zu schaffen, das den Versorgungsdruck des dem Stößel zugeführten Druckmittels in Abhängigkeit von sonstigen Betriebsparametern auf einen für jeden Arbeitsvorgang optimalen Wert steuert, um eine höhere Leistungsfähigkeit und Produktivität zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch das Hydraulikdrucksteuerungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst.

Das Steuersystem nach der Erfindung ist in der Lage, den Hydraulikzuführdruck und den Hydraulikölzustrom entsprechend der vorhandenen Schnittkraft und Spindelhubgeschwindigkeiten zu steuern und vor Übergeschwindigkeits- und Hydraulikaus fallzuständen zu schützen.

Die Erfindung schafft also ein Steuersystem für eine Werk zeugmaschine mit einer hydromechanisch wiederholt hin- und herbewegten Schneidspindel, bei welcher der Druck des Hy drauliköls, mit dem die Spindelantriebskolbenfläche während des Arbeitshubes beaufschlagt wird, erfaßt und als ein Schnittkraft- oder Belastungsdruckeingangssignal für das Steuersystem benutzt wird. Das Steuersystem enthält Ein richtungen, die auf dieses Belastungsdrucksignal ansprechen und den gelieferten Hydrauliköldruck auf einem Wert halten, der nicht nennenswert höher ist als der für die betreffende Arbeit erforderliche Druck. Es enthält außerdem Einrich tungen zum Vergleichen des Belastungsdrucksignals mit einem ausgewählten Schnittkraftgrenzsignal und zum Modifizieren des Betriebes der Maschine, falls erforderlich, infolge dieses Vergleiches, um die Schnittkraft auf oder nahe der ausgewählten Grenze zu halten. Das Steuersystem steuert den Hydraulikdruck entsprechend der Hin- und Herbewegungs geschwindigkeit der Schneidspindel.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a bis 1d Teile einer vollständigen Figur, die, wenn sie gemäß der Darstellung in Fig. 2 zusammengesetzt sind, eine vollständige Figur bilden, die im folgenden als Fig. 1 bezeichnet wird und ein Gesamtschaltbild einer Zahnradstoßmaschine sowie ein zugeordnetes Hydraulikdrucksteuerungssystem nach der Erfindung zeigt, und

Fig. 2 ein Diagramm, das zeigt, wie die Fig. 1a, 1b, 1c und 1d in bezug aufeinander anzu ordnen sind, um Fig. 1 zu bilden.

In Fig. 1 ist das Gesamtsteuersystem schema tisch in Verbindung mit einer Zahnradstoßmaschine dargestellt, die eine vertikal hin- und herbewegbare Schneidspindel 5 hat, welche an ihrem unteren Ende ein Schneidwerkzeug 6 trägt. Die Bewegung der Schneidspindel 5 wird durch ein hydromechanisches System bewirkt und gesteuert, das ein Servoventil 9 enthält, das Teil eines Servosystems ist, mittels welchem Hydrauliköl zwischen den dargestellten Kammern 7 und 8 mit kleinerer bzw. größerer Kolbenfläche und einem Auslaß ventilierbar ist, so daß die Spindel 5 der Auf- und Abbewegung des Servoventils nachgeführt wird. Das Servoventil 9 wird seinerseits durch ein Hubgestänge 11, das durch einen Hubmotor 10 angetrieben wird, wieder holt hin- und herbewegt. Das Hubgestänge 11 ist so ausge bildet, daß ein Hin- und Herbewegungszyklus des Servoven tils 9 für jeweils N Umdrehungen des Motors 10 erzeugt wird, und es ist manuell verstellbar, um sowohl die Hub länge als auch das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis des Servoventils 9 und dementsprechend die Hublänge und das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis der Spindel 5 zu ver ändern, wobei das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis das Verhältnis der Geschwindigkeit der Spindel oder des Ser voventils während dessen Rück- oder Aufwärtshub im Ver gleich zu seiner Geschwindigkeit während dessen Abwärts- oder Schneidhub ist.

Die spezifische Form der Schneidspindel, ihr hydraulisches Servosystem und das zugeordnete Hubgestänge 11 können sich im Rahmen der Erfindung weitgehend ändern.

Das Schneidwerkzeug 6 und das Werkstück können relativ zu einander vorgeschoben werden, und zwar entweder durch eine Wälzvorschubantriebsvorrichtung 117, die durch einen Wälz vorschubmotor 116 angetrieben wird, oder durch eine Tie fenvorschubvorrichtung 167, die durch einen Tiefenvorschub motor 216 angetrieben wird, oder durch diese beiden Vorrich tungen gemeinsam. Durch Betätigung der Wälzvorschubvorrich tung werden das Schneidwerkzeug und das Werkstück beide gleichzeitig um Mittelachsen gedreht. Durch Betätigung der Tiefenvorschubvorrichtung 167 wird die Mittelachse des Schneidwerkzeuges zu der Mittelachse des Werkstückes hin- oder von derselben weg bewegt.

Die oben beschriebenen Teile bilden im wesentlichen die Grundmaschine, für die das Hydraulikdrucksteuersystem nach der Erfin dung vorgesehen ist. Das gesamte Steuersystem besteht seinerseits aus einer Anzahl von kleineren, zueinander in Beziehung stehenden Systemen oder Untersystemen, die in ihrer Gesamtheit mit A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bezeich net sind. Das System A ist ein Hubsteuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit des Hubmotors 10, um verschiedene un terschiedliche Spindelhubgeschwindigkeiten (Hubzyklen/Minu te) zu schaffen, und es ermöglicht unter günstigen Umstän den, die Geschwindigkeit des Hubmotors während der Rück hübe der Spindel zu vergrößern, um den Wirkungsgrad der Maschine durch Verringerung der Rückhubzeit zu vergrößern.

System B ist das Hydraulikdrucksteuersystem der vorliegenden Erfindung, das auf eine Anzahl von verschiedenen Variablen einschließlich der tatsächlichen Schnittkraft anspricht, um den Hydraulikver sorgungsdruck oberhalb eines gegebenen Minimalwertes zu hal ten, der sich mit der Hubgeschwindigkeit ändert, ansonsten aber auf einem Wert, der nicht größer ist als der für die betreffende Arbeit benötigte Wert, um Energie zu sparen und trotzdem übermäßige Kräfte zu verhindern, die die Ka pazität der Maschine übersteigen. Es dient außerdem zum Schutz vor einem Hydraulikdruckausfall, vor zu großer Hubgeschwindigkeit und vor zu großem Versorgungsdruck.

Das System C steuert den Wälzvorschub über die Wälzvorschub vorrichtung 117 und den zugeordneten Motor 116. Das System D steuert den Tiefenvorschub über die Tiefenvorschubvorrich tung 167 und den zugeordneten Motor 216. Diese beiden Sy steme sind mit dem Hubmotor derart gekoppelt, daß jedes in einer Betriebsart einen festen Vorschub pro Schneidhub der Spindel liefert. Diese beiden Systeme sind außerdem mit einem Schnittkraftgrenzwertselektor 66 und mit dem Hydraulikdrucksteuersystem B derart gekoppelt, daß der Gesamtvorschub, sei es insgesamt ein Wälzvorschub, ins gesamt ein Tiefenvorschub oder eine Kombination aus Wälz- und Tiefenvorschub, auf einem derartigen Wert gehalten wird, daß die tatsächliche Schnittkraft innerhalb der durch die Grenzwertauswähleinrichtung eingestellten Grenze gehal ten wird. Schließlich ist das System E ein System zum Steu ern der Vertikalposition des Schneidwerkzeuges relativ zu dem Werkstück und zum Anheben des Werkzeuges, um es bei spielsweise über Werkstückhindernisse hinwegzuführen.

Die Hubgeschwindigkeit der Schneidspindel 5 und des Schneid werkzeuges 6 steht in direkter Beziehung zu der Geschwindig keit des Hubmotors 10, der das Hubgestänge 11 antreibt, um das Servoventil 9 auf einer manuell einstellbaren Hub länge und mit mehreren unterschiedlichen und manuell aus wählbaren Rückhubgeschwindigkeitsverhältnissen mechanisch hin- und herzubewegen.

Der Druck des Hydrauliköls, das der Spindel zugeführt wird, wird durch das erfindungsgemäße System B gesteuert. Eine einstellbare Ver drängerpumpe 30 wird durch einen Motor 31 mit konstanter Drehzahl angetrieben und ihre Verdrängung wird durch einen Regler 52 geregelt, der auf ein elektrisches Eingangssignal anspricht, wobei der Regler 52 die Pumpe veranlaßt, Hydrau liköl in der durch die Spindelhubvorrichtung geforderten Menge und mit einem durch sein elektrisches Eingangssignal diktierten Druck zu liefern. Das Eingangssignal des Reglers 52 und infolgedessen der Versorgungsdruck des Hydrauliköls in der Versorgungsleitung 33 wird in Abhängigkeit von ei ner Anzahl von unterschiedlichen Variablen geregelt, um den Versorgungsdruck auf einem gewünschten Wert zu halten, wie unten dargelegt.

Der Belastungsdruck, d. h. der Druck des Hydrauliköls, das der Kammer 8 zugeführt wird, die den Kolben mit der größe ren Fläche enthält, wird durch einen Druckgeber 32 über wacht, der eine analoge Ausgangsspannung erzeugt. Diese analoge Spannung wird während eines Schneidhubes durch eine Tastspeicherschaltung 34 abgefühlt, und zwar infolge eines Abtastsignals, das während des Schneidhubes durch einen Schalter 35 geliefert wird, der durch den Hubmotor 10 angetrieben wird, um ein Ausgangssignal P _L zu erzeugen, das in direkter Beziehung zu der durch das Schneidwerkzeug 6 auf das Werkstück ausgeübten Schnittkraft steht. Eine Schaltung 36 addiert einen Bruchteil des Spannungssignals P _L zu sich selbst, so daß ein Ausgangssignal (P _L + CP _L) erzeugt wird, das um diesen Bruchteil größer ist als das Spannungssignal P _L.

Ein Druckgeber 38 überwacht den Versorgungsdruck und er zeugt ein elektrisches Ausgangssignal P _S, das in direkter Beziehung zu dem Versorgungsdruck steht.

Eine manuell verstellbare Signalerzeugungsschaltung 42 er zeugt ein Ausgangssignal H, welches einen ausgewählten Minimalwert bezeichnet, unter welchen der Hydraulikver sorgungsdruck nicht abfallen sollte. Im allgemeinen ist der diesem Signal entsprechende Minimaldruck ein Druck, von dem bekannt ist oder angenommen wird, daß unterhalb desselben die Maschine nicht richtig arbeitet.

Ein weiteres Signal, das den Versorgungsdruck beeinflußt, ist eine Spannung V, die in direkter Beziehung zu der Dreh zahl des Motors 10 steht und an dem Ausgang eines Tachome ters 43 abgenommen und über den Rückhubgeschwindigkeits verhältnisschalter 39 geleitet wird, um es in Übereinstim mung mit dem ausgewählten Rückhubgeschwindigkeitsverhält nis zu modifizieren. Die Widerstände des Schalters 39 sind so gewählt, daß für jede gegebene Drehzahl des Motors 10 das Signal V erhöht wird, wenn der Schalter auf höhere Werte des Rückhubgeschwindigkeitsverhältnisses eingestellt wird, und erniedrigt wird, wenn der Schalter auf niedrige re Werte des Rückhubgeschwindigkeitsverhältnisses einge stellt wird. In jedem Fall wird bei jedem gegebenen Rück hubgeschwindigkeitsverhältnis das Signal V mit zunehmender Spindelhubgeschwindigkeit vergrößert und es bewirkt, daß der Minimalversorgungsdruck mit zunehmender Hubgeschwindig keit größer wird.

Das Signal V wird durch einen Summierverstärker 44 zu dem Signal H addiert, welcher ein Signal (H + V) abgibt, das den gewünschten Minimaldruck für die besondere Hubgeschwin digkeit und das besondere Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis darstellt. Dieses den Minimaldruck festlegende Signal (H + V) wird mit dem Signal (P _L + CP _L) durch eine Summier- und Verstärkungsschaltung 45 verknüpft, welche aus einer Sub trahierschaltung 46, einer Diode 48, einer Addierschaltung 50 und einem Inverter 51 besteht. Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 46 ist (H + V) - (P _L + CP _L). Wenn das Signal (H + V) größer als das Signal (P _L + CP _L) ist, ist das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 46 positiv und wird durch die Diode 48 zu der Summierschaltung 50 gelei tet, um zu dem Signal (P _L + CP _L) addiert zu werden. Wenn das Signal (H + V) kleiner als das Signal (P _L + CP _L) ist, wird kein Signal zu der Addierschaltung 50 geleitet. Infol gedessen ist das Ausgangssignal des Inverters 51 ein Si gnal P′ _S. Wenn das Signal (P _L + CP _L) kleiner als das Si gnal (H + V) ist, wird das Signal P′ _S gleich dem Signal (H + V) sein, so daß die Pumpe 30 über die Regelschaltung 52 so geregelt wird, daß der Versorgungsdruck auf dem dem Signal (H + V) entsprechenden Minimalwert gehalten wird. Andererseits, wenn das Signal (P _L + CP _L) größer als das Signal (H + V) ist, wird das Signal P′ _S gleich dem Signal (P _L + CP _L) sein, so daß die Pumpe so geregelt wird, daß der Versorgungsdruck auf einem Wert gehalten wird, der gleich dem Signal (P _L + CP _L) ist, d. h. der Versorgungs druck wird auf einem Wert gehalten, der um einen Bruchteil größer ist als der Belastungsdruck.

Ein Sicherheitsdruckschalter 54 dient zum Abschalten der Maschine im Falle eines zu großen Versorgungsdruckes, der aber im normalen Betrieb niemals auftreten sollte.

Aus vorstehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß das Hy draulikversorgungssystem normalerweise so arbeitet, daß der Versorgungsdruck auf einem Wert gehalten wird, der etwas höher ist als der Belastungsdruck, und die minimale Differenz zwischen den beiden Drücken wird eine Differenz sein, die durch das Signal CP _L dargestellt wird. Wenn auf grund von zu großen Hubgeschwindigkeiten oder einer Betriebs störung der Hydraulikversorgungseinheit diese Minimaldiffe renz nicht aufrechterhalten wird, greift eine Übergeschwin digkeitsschutzschaltung ein, um die Drehzahl des Hubmotors zu verringern und die Minimaldruckdifferenz wiederherzustel len. Diese Schutzschaltung enthält eine Subtrahierschaltung 56, die das Signal (P _L + CP _L) mit dem Signal P _S vergleicht. Wenn die Differenz zwischen diesen beiden Signalen kleiner als die gewünschte Differenz ist, wird ein Signal über eine Diode 58 zu der Summierschaltung 22 geschickt, wo es mit dem Hubgeschwindigkeitssteuersignal, das auf einer Leitung 60 erscheint, verknüpft wird, um ein modifiziertes Hubge schwindigkeitssteuersignal zu erzeugen, das die Drehzahl des Hubmotors verlangsamt und dadurch die Hubgeschwindig keit auf einen sicheren Wert zurückbringt.

Das oben beschriebene System arbeitet normalerweise so, daß wenigstens ein Minimalwert des Versorgungsdruckes aufrecht erhalten wird, der dem Signal (H + V) entspricht, welches die geschwindigkeitsbezogene Komponente V enthält. Zum Schutz vor der Möglichkeit, daß der Versorgungsdruck diesen Minimalwert nicht erreicht, ist eine Schutzschaltung vorge sehen, die eine Subtrahierschaltung 62 und eine Diode 64 enthält. Diese Subtrahierschaltung 62 vergleicht das Si gnal (H + V) mit dem Signal P _S und erzeugt ein Ausgangssi gnal, das an die Summierschaltung 22 angelegt wird, wenn das Signal P _S kleiner als das Signal (H + V) ist, und seiner seits die Drehzahl des Hubmotors verringert. Diese Schutz schaltung schützt daher vor einem Hydraulikdruckausfall oder vor einem unzulänglichen Hydraulikdruck im Leerlauf oder bei niedrigen Schnittkräften. Es reguliert außerdem die maximalen Beschleunigungsgeschwindigkeiten, indem es der Hubgeschwindigkeit gestattet, nur mit einer Geschwin digkeit zuzunehmen, die mit derjenigen kompatibel ist, mit der der Versorgungsdruck durch die Pumpe 30 erhöht werden kann.

Claims

1. Hydraulikdrucksteuerungssystem für den axial hin- und herbeweglichen Stößel einer Zahnradwälzstoßmaschine mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben zum Ausführen eines Schneidhubs und eines Rückhubs, und mit einer einstellbaren Druckmittelquelle und einem Steuerschieber zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu dem Kolben, gekennzeichnet durch

a) einen Druckfühler (32) verbunden mit einer Kolbenkam mer (8), um ein dem Belastungsdruck in der Kolbenkam mer entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen,
b) Schalteinrichtungen (34, 36), die das Ausgangssignal nur während Schneidhüben abtastet und daraus ein Bela stungsdrucksignal (P _L + CP _L) erzeugt,
c) Schalteinrichtungen (39, 42, 44), die ein einem Min destversorgungsdruck entsprechendes Signal (H) mit einem auf der Drehzahl eines Hubmotors (10) bezogenen Signals (V) verknüpft, um ein Minimaldrucksignal (H + V) zu erzeugen,
d) einen Steuerschaltkreis (45), der das Belastungsdruck signal (P _L + CP _L) mit dem Minimaldrucksignal (H + V) verknüpft und ein Steuersignal (P _S′) an einen Regler (52) abgibt, um den Versorgungsdruck des Druckmittels zu dem Kolben zu steuern.

2. Hydraulikdrucksteuerungssystem nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch einen Komparator (56), der eine Differenz zwischen dem Versorgungsdrucksignal (P _S) und dem Belastungsdruckignal (P _L + CP _L) bildet und durch Schalteinrichtungen (58, 22, 23), die ein modifizier tes Hubgeschwindigkeitssignal erzeugt, wenn die Diffe renz kleiner als ein gewünschter Wert ist.

3. Hydraulikdrucksteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Komparator (62), der das Versorgungsdrucksignal (P _S) mit dem Minimaldrucksignal (H + V) vergleicht und durch Schalteinrichtungen (64, 22, 23), die ein modifiziertes Hubgeschwindigkeitssi gnal erzeugt, wenn das Signal (P _S) kleiner ist als das Minimaldrucksignal (H + V).