CH694791A5

CH694791A5 - Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine.

Info

Publication number: CH694791A5
Application number: CH00260/00A
Authority: CH
Inventors: Joerg Deisenroth
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2005-07-29
Also published as: IT1316627B1; DE19905775A1; ITMI20000219A0; ITMI20000219A1; DE19905775C2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Bei der Bosch-Steuerung Typ 3 osa, Programmieranleitung, Seite 2-65, wird ein Gewindebohrzyklus mit einem spezifisch zu programmierenden NC-Befehl aktiviert. Hierzu wird eine oberhalb der Bohrung liegende Position angefahren, bei der der Wechsel in den Gewindebohrzyklus erfolgt. In dieser Position erfolgt in der Regel bei stehender Spindel eine Umschaltung auf Lageregelbetrieb der Spindel. Die Spindel muss anschliessend wieder beschleunigt werden auf eine aus technischer Sicht optimale Drehzahl, bevor das Gewinde geschnitten wird. Durch diese Art der Ansteuerung können jedoch in Verbindung mit dem Spindelhochlauf Verzögerungszeiten auftreten, die sich negativ auf die Bearbeitungszeiten auswirken.

Auch ist im Lageregelbetrieb nicht sichergestellt, dass der Schnittvorgang mit der gewünschten Drehzahl begonnen wird, da dies von einer genügend grossen Einlaufstrecke zum Erreichen der Drehzahl abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bearbeitungszeiten zu verkürzen und die Bearbeitungsqualität zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine umfasst eine Spindel, die von zumindest einem geregelten Achsantrieb translatorisch bewegt wird, der Achssollwerte von einer Steuerung erhält. Ein die Spindel mit einem Werkzeug rotatorisch bewegender Spindelantrieb erhält von der Steuerung Spindelsollwerte. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Spindelantrieb als Spindelsollwerte Lagesollwerte erhält, wenn ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug erkannt wird. Dadurch lassen sich die Bearbeitungszeiten verkürzen, da auf das Anfahren der Spindelstillstandsposition oberhalb der Bohrung zur Betriebsartenumschaltung verzichtet werden kann. Zugleich kann die Spindel nach erfolgtem Werkzeugwechsel auf die zum Gewindebohren erforderliche maximale Spindeldrehzahl hochgefahren werden.

Zweckmässiger Weise lassen sich Werkzeugwechsel und Betriebsartenumschaltung der Spindel in nur einem Schritt vornehmen. Auch die Bahn der die Spindel bewegenden Achsantriebe lässt sich hinsichtlich der Bewegungsdauer optimieren, da keine störende Zwischenposition anzufahren ist, bei der eine Betriebsartenumschaltung erfolgt. Dadurch lassen sich Sollwerte für die Achsantriebe vorgeben, die mit glatten Beschleunigungsverläufen korrespondieren.

In einer zweckmässigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem Spindelantrieb als Spindelsollwerte Lagesollwerte vorgegeben werden, wenn in einem NC-Programm ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug erkannt wird. Die hierzu notwendige Abfrage zur Betriebsartenumschaltung wird in einfacher Weise durch eine entsprechende Software-Abfrage realisiert. Diese Abfrage kann mit Hilfe der Werkzeugnummer durchgeführt werden, anhand derer eindeutig ein zum Gewindebohren notwendiges Werkzeug erkannt wird. Die Umschaltung kann auch anhand der expliziten Programmierung eines entsprechenden Befehls im Teileprogramm vorgenommen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die umschaltung auf die Lageregelbetriebsart dann, wenn ein Werkzeugwechsel in Verbindung mit dem zum Gewindebohren benötigten Werkzeug erkannt wird. Zweckmässigerweise geschieht die Umschaltung dann, wenn der Werkzeugwechsel abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Spindel im Ruhebetrieb, so dass dieser Betriebszustand, der für den Werkzeugwechsel notwendig ist, auch gleichzeitig für die Umschaltung auf Lageregelbetrieb herangezogen wird, ohne eine weitere Stillstandsposition der Spindel zu benötigen.

Eine zweckmässige Ausgestaltung sieht vor, dass die Lagesollwerte für den Spindelantrieb von den Positions-/oder Geschwindigkeitswerten der zumindest einen geregelten Achse abhängen (synchrone Kopplung). In Verbindung mit diesen Bahnwerten und den die Bohrung beschreibenden Geometriedaten kann eine Ansteuerung der Spindel so vorgenommen werden, dass die Spindel mit Beginn des Umschaltens auf Lagebetrieb sicher die maximale, jeweils benötigte oder programmierte Spindeldrehzahl erreichen wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Drehrichtungsumkehr der Spindel bei laufendem Achsantrieb. Dadurch lassen sich die Bearbeitungszeiten minimieren, da keine Stillstandsposition zur Drehrichtungsumkehr angefahren werden muss.

Weitere zweckmässige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die Fig. 2a eine Bewegungsbahn und die Fig. 2b die zugehörigen Geschwindigkeitsverläufe nach dem Stand der Technik, Fig. 3 eine Bewegungsbahn nach dem erfindungsgemässen Verfahren sowie Fig. 4 den zeitlichen Verlauf bestimmter Kenngrössen. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Achsantrieb 2 für die Z-Achse bewegt einen Spindelantrieb 6 und eine Spindel 5, die im Sinne einer Rotation von dem Spindelantrieb 6 angetrieben wird und die ein Werkzeug 7 enthält. Der Achsantrieb 4 für die X-Richtung bewegt den Achsantrieb 2 für die Z-Richtung, die Spindel 5, den Spindelantrieb 6 und das Werkzeug 7 in X-Richtung. Eine Steuerung 8 tauscht über ein Bussystem 9 mit den Achsantrieben 2, 4 und dem Spindelantrieb 6 Daten aus. In einem Werkstück befindet sich eine erste Bohrung 10, die mithilfe des Werkzeugs 7 mit einem Gewinde versehen werden soll.

In Fig. 2a ist eine Bewegungsbahn abgebildet, wie sie bei dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik auftritt. Ein Bahnverlauf 14 beschreibt die Bahnkurve der Spitze des Werkzeugs 7. In dem Werkstück sind eine erste und eine zweite Bohrung 10, 12 vorgebohrt. Zum Gewindebohren wird zuerst ein erster Punkt P1 angefahren. An diesem ersten Punkt P1 befindet sich die Spindel 5 im Stillstand. Wird der erste Punkt P1 erreicht, so erfolgt der Wechsel in die Lage regelbetriebsart der Spindel dann, wenn sich die Spindel 5 und das Werkzeug 7 in Ruhe befinden. Dem Spindelantrieb 6 werden die entsprechenden Spindellagesollwerte C vorgegeben. Die Achsantriebe 2, 4 werden mit den X- bzw. Z-Sollwerten in der Weise beaufschlagt, dass in der Bohrung bestimmte Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden.

Im Endpunkt der Bohrung wird die Spindeldrehzahl C. auf Null reduziert und das Werkzeug 7 entgegen der bisherigen Bewegungsrichtung aus der ersten Bohrung 10 herausbewegt. Die gleiche Prozedur wiederholt sich am zweiten Punkt P2.

Die sich bei der Bewegungsbahn des Standes der Technik nach Fig. 2a ergebenden korrespondierenden Verläufe der Bahngeschwindigkeit S. und der Spindeldrehzahl C.lassen sich Fig. 2b entnehmen. Im ersten Punkt P1 nehmen Bahngeschwindigkeit S. und Spindeldrehzahl C.den Wert Null an, so dass eine Umschaltung in die Betriebsart Gewindeschneiden erfolgen kann. Bahngeschwindigkeit S.und Spindeldrehzahl C.nehmen im gleichen Verhältnis zu, werden für eine gewisse Dauer konstant gehalten, im gleichen Verhältnis abgebremst, so dass in der ersten Bohrtiefe B1 die Drehrichtungsumkehr der Spindeldrehzahl C.erfolgen kann.

Anschliessend erfolgt eine konstante Beschleunigung der beiden Grössen, für eine bestimmte Dauer wird in der ersten Bohrung 10 mit konstanter Geschwindigkeit gefahren, bis nach dem Verlassen der ersten Bohrung 10 die Bahngeschwindigkeit S. und Spindeldrehzahl C. auf Null gebremst werden im ersten Punkt P1.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt die Umschaltung der Ansteuerung der Spindel 5 durch die Steuerung 8 in den Lageregelbetrieb, der mit der Vorgabe von Spindellagesollwerten C einhergeht, wenn ein Einwechseln eines Werkzeugs 7 zum Gewindebohren erkannt wird. Die Umschaltung erfolgt beispielsweise dann, wenn ein entsprechender Werkzeugwechselbe fehl in Verbindung mit einem Gewindebohrwerkzeug im NC-Programm erscheint und ein Quittungssignal anzeigt, dass dieser Werkzeugwechsel abgeschlossen ist. Alternativ kann die Umschaltung durch explizite Programmierung eines entsprechenden Befehls im Teileprogramm eingeleitet werden. Dann werden der Spindel 5 Spindellagesollwerte zugeführt. Aus der Spindeldrehzahl C. = 0 wird auf die zum Gewindeschneiden erforderliche Maximaldrehzahl C.max beschleunigt.

Ausgehend vom Werkzeugwechselpunkt wird diese in der Regel rechtzeitig vor der mit einem Gewinde zu versehenden Bohrung 10 erreicht sein. Bei einem Rechtsgewinde sticht das Werkzeug 7 rechtsdrehend in die erste Bohrung 10 ein und verlässt diese wieder nach Drehrichtungsumkehr linksdrehend. Soll die zweite Bohrung 12 ebenfalls mit einem Rechtsgewinde versehen werden, so muss wiederum eine Drehrichtungsumkehr der Spindel 5 erfolgen, dies geschieht in dem mit U1 bezeichneten Umkehrpunkt. Es schliesst sich der für die erste Bohrung 10 beschriebene Vorgang auch für die zweite Bohrung 12 an. Der aus der Bewegung der X-Achse und der Z-Achse resultierende Bewegungsverlauf wird als Bahnverlauf S, die damit korrespondierende Bahngeschwindigkeit als S. bezeichnet.

Die typischen Geschwindigkeitsverläufe der Bahngeschwindigkeit S. und der Spindeldrehzahl C. in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 4 dargestellt. Die Achsantriebe 2, 4 und der Spindelantrieb 6 sind nun so anzusteuern, dass sich die in Fig. 4 gezeichneten Bewegungsabläufe ergeben, um eine Minimierung der Bearbeitungszeit unter Einhaltung der technologischen Erfordernisse zu erreichen. Sollen erste und zweite Bohrung 10, 12 mit gleichsinnigen Gewinden versehen werden - andernfalls wäre ein Werkzeugwechsel erforderlich - so muss eine Drehrichtungsumkehr des Spindelantriebs 6 erfolgen. In Übereinstimmung mit Fig. 3 geschieht dies in dem ersten Umkehrpunkt U1. Der Spindelantrieb 6 wird darauf hin so beschleunigt, dass möglichst rasch die maximale Spindeldrehzahl C.max erreicht wird, zumindest jedoch bevor die Bohrung im Punkt D2 von dem Werkzeug 7 erreicht wird.

Auch die aus der Bewegung der X- und Z-Achse 2, 4 resultierende Bahngeschwindigkeit S. soll in dem Punkt D2 die gewünschte maximale Bahngeschwindigkeit S.max erreicht haben. Aus technologischen Gründen ist es notwendig, dass in der Bohrung zum Gewindeschneiden das Verhältnis von Bahngeschwindigkeit S. und Spindeldrehzahl C.konstant ist. Im Punkt C2 werden der Antrieb für die Z-Achse 2 und der Spindelantrieb 6 im gleichen Geschwindigkeitsverhältnis gebremst, damit im Punkt B2 die Drehrichtungsumkehr erfolgen kann. Die Beschleunigung des Antriebs der Z-Achse 2 und des Spindelantriebs 6 erfolgt wiederum im gleichen Verhältnis, bis die gewünschten Maximalgeschwindigkeiten erreicht sind.

Anschliessend wird nach Verlassen der Bohrung 10 möglichst rasch die Drehrichtungsumkehr des Spindelantriebs 6 im Umkehrpunkt U2 vorbereitet und nach erfolgter Drehrichtungsumkehr wieder auf maximale Spindeldrehzahl C.max beschleunigt. Um auch die Bewegungsverläufe gemäss Fig. 4 zu erreichen, müssen dem Spindelantrieb 6 von der Steuerung 8 über das Bussystem 9 die entsprechenden Spindellagesollwerte C vorgegeben werden. Näherungsweise trifft zu, dass die Spindeldrehzahl C. proportional ist zu dem Bahnverlauf S ausgehend von dem ersten Umkehrpunkt U1. Ist die Bahngeschwindigkeit S. konstant, wie bis zum Punkt C2, lässt sich für den Bereich des linearen Anstiegs von C., beginnend zum Zeitpunkt T (U1) folgende Beziehung aufstellen: C. = (C.max : Smax) * S.

Wenn die Bahngeschwindigkeit S. änderbar ist, erweitert sich die Gleichung um den linearen Einfluss der Bahngeschwindigkeit S.. Damit ergibt sich folgende Gleichung:

C. = (C.max : Smax) * S * (S. : S.max).

Anhand einer der obigen Gleichungen ermittelt die Steuerung 8 nach Integration der Spindeldrehzahl C. den Spindellagesollwert C, der dem Spindelantrieb 6 im Lageregelbetrieb zugeführt wird.

Auch der Bahnverlauf S lässt sich durch geeignete Bahnsollwerte hinsichtlich der Bewegungsdauer minimieren, wenn beispielsweise runde bzw. glatte Bahnverläufe gewählt werden, die sich beispielsweise mit entsprechenden Kreisbahninterpolationen vorgeben lassen. Dadurch kann ein Bahnverlauf nach Fig. 3 erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine, mit einer Spindel (5), die von zumindest einem geregelten Achsantrieb (2, 4) bewegt wird, der Achssollwerte (S, S.) von einer Steuerung (8) erhält, wobei ein die Spindel (5) mit einem Werkzeug (7) bewegender Spindelantrieb (6) von der Steuerung (8) Spindelsollwerte (C., C) erhält, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (6) als Spindelsollwerte Lagesollwerte (C) erhält, wenn ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug (7) erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (5) Lagesollwerte (C) erhält, wenn in einem NC-Programm ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug (7) erkannt wird.

3.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (5) Lagesoll werte (C) erhält, wenn das zum Gewindebohren benötigte Werkzeug (7) als in die Spindel (5) eingewechselt erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugwechsel in Verbindung mit dem zum Gewindebohren benötigten Werkzeug (7) erkannt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (5) Lagesollwerte (C) erhält, wenn der Werkzeugwechsel abgeschlossen ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagesollwerte (C) von Positions- und/oder Geschwindigkeitswerten (S, S.) des zumindest einen geregelten Achsantriebs (2, 4) abhängen.

7.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagesollwerte (C) so gewählt sind, dass die Spindel (5) aus dem Stillstand auf Maximalspindeldrehzahl (C.max) beschleunigt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtungsumkehr der Spindel (5). bei einer Geschwindigkeit (S.) des Achsantriebs (2, 4) erfolgt, die grösser als Null ist, vorzugsweise bei der maximalen Geschwindigkeit (S.max).