DE102013112161B4

DE102013112161B4 - Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine mit Zugspindelmotor und Hauptspindelmotor

Info

Publication number: DE102013112161B4
Application number: DE102013112161.6A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Okita; Daisuke Tajima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: DE102013112161A8; US20140132194A1; CN103812391A; DE102013112161A1; CN103812391B; JP2014096929A; JP5612058B2; US9092027B2

Abstract

Steuervorrichtung (100) einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor (2) zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor (3) zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist, wobei die Steuervorrichtung (100) umfasst:einen Gleichrichter (11), der eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung auf einer Wechselstromversorgungsseite (4) und einer Gleichspannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreis vornimmt, der eine Gleichstromseite darstellt;einen Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Zugspindelmotors (2) vornimmt, damit der Zugspindelmotor (2) mit Antriebsleistung versorgt wird;einen Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors (3) vornimmt, damit der Hauptspindelmotor (3) mit Antriebsleistung versorgt wird;eine Stromausfall-Erkennungseinheit (14), die das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite (4) des Gleichrichters (11) erkennt;eine Spannungs-Erkennungseinheit (15), die die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis erkennt; undeine Steuereinheit (16), die einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgibt, der den Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors so steuert, dass der Zugspindelmotor (2) abgebremst wird, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt,wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (16) einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl ausgibt, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) beschleunigt, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit (15) erfasste Gleichspannung größer ist als ein vorbestimmter oberer Grenzwert, und einen Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) verzögert, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit (15) erfasste Gleichspannung geringer ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, der kleiner ist als der vorbestimmte obere Grenzwert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel enthält. Die Erfindung betrifft insbesondere die Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine, in der von einer Wechselstromversorgungsseite gelieferter Wechselstrom in ausgegebenen Gleichstrom umgeformt wird, der seinerseits wieder in Wechselstrom zum Antreiben der Motoren umgeformt wird und zum Betrieb des Zugspindelmotors und des Hauptspindelmotors geliefert wird.
Beschreibung des Stands der Technik
In einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel enthält, wird Gleichstrom, der vorher aus Wechselstrom gewonnen wird, der von einer Wechselstromversorgungsseite stammt, wieder in Wechselstrom umgesetzt. Der Wechselstrom dient zum Betreiben der Motoren, die jeweils an den Antriebswellen angebracht sind. Eine derartige Werkzeugmaschine umfasst: als Hauptschaltung einer Motorsteuervorrichtung einen Gleichrichter, der eine Gleichspannung ausgibt, indem er eine Wechselspannung gleichrichtet, die von einer Wechselstromversorgungsseite geliefert wird, die eine dreiphasige Eingabe-Wechselstromversorgung umfasst; und einen Wechselrichter, der an einen Gleichstrom-Zwischenkreis (Gleichstromkopplung) angeschlossen ist, der die Gleichstromseite des Gleichrichters darstellt, und der eine bidirektionale Stromumwandlung zwischen dem Gleichstrom des Gleichstrom-Zwischenkreises und dem Wechselstrom vornimmt, der die Motoren antreibt bzw. von ihnen zurückgespeist wird. Die Werkzeugmaschine steuert Drehzahl, Drehmoment oder Position eines Läufers des Hauptspindelmotors und eines Zugspindelmotors, die an die Wechselstrom-Ausgabeseite des Wechselrichters angeschlossen sind.
Für jeden Motor, der eine der Antriebswellen antreibt, ist ein Wechselrichter vorhanden.
In den letzten Jahren wurden aufgrund der Forderungen nach Energieeinsparungen häufig Wechselrichter verwendet, die Energie zurückgewinnen können und als Antriebsenergie von Motoren zurückgewonnene Energie verwenden, die beim Verzögern der Motoren erzeugt wird. Die Energie wird in einer Speichervorrichtung gespeichert, die sich in dem Gleichstrom-Zwischenkreis befindet. Die zurückgewonnene Energie kann auch auf die Wechselstromversorgungsseite zurückgespeist werden.
Als Gleichrichter wird häufig ein einzelner Gleichrichter vorgesehen, der zu mehreren Wechselrichtern gehört, um die Kosten zu senken und den Platz zu verringern, den die Motorsteuervorrichtung in der Werkzeugmaschine einnimmt. Ähnlich wie bei den genannten Wechselrichtern gibt es Fälle, in denen Gleichrichter, die Energie zurückgewinnen können, verwendet werden, um die geforderte Energieeinsparung zu erzielen. Die Gleichrichter können zurückgewonnene Energie, die beim Verzögern von Motoren entsteht, auf die Wechselstromversorgungsseite zurückspeisen.
Tritt auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auf, so kann die genannte Motorsteuervorrichtung den normalen Betrieb des Zugspindelmotors und des Hauptspindelmotors nicht fortsetzen. In einem derartigen Fall muss der Betrieb des Zugspindelmotors, der eine Zugspindel antreibt, so rasch wie möglich beendet werden, um einen Anprall der Zugspindel zu vermeiden. Tritt auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auf, so ist aus diesem Grund implementiert, dass ein mit dem Zugspindelmotor verbundenes Werkzeug, ein von dem Werkzeug bearbeitetes Werkstück und weitere Teile dadurch geschützt werden, dass ein Verzögerungsbefehl an den Zugspindelmotor ausgegeben wird, damit er anhält, wenn ein Stromausfall festgestellt wird. Wird die Stromversorgung einer Steuervorrichtung (Computereinheit) durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (UPS) gesichert, so kann die Steuervorrichtung eine Handlung für den Wechselrichter des Zugspindelmotors anweisen, die im Notfall auszuführen ist, und zwar auch dann, wenn auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auftritt. Der Wechselrichter des Zugspindelmotors kann so gesteuert werden, dass er eine Zeit lang mit der Ladung betrieben wird, die in den Kondensatoren gespeichert ist, die sich im Stromrichter (Gleichrichter) befinden, und der Zugspindelmotor wird notfallmäßig angehalten.
Als Verfahren zum notfallmäßigen Anhalten des Motors bei einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite wird in der JP H07-143780 A ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein frühes Anhalten eines Motors dadurch verwirklicht wird, dass aktiv ein entgegengesetztes Drehmoment während der Verzögerung des Motors erzeugt wird.
Verwendet man jedoch eine Vorgehensweise, wie sie in der JP H07-143780 A und ähnlichen Dokumenten beschrieben ist, wobei ein Nothalt dadurch erfolgt, dass ein Verzögerungsbefehl für einen Zugspindelmotor geliefert wird, wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite erkannt wird, bei einer Motorsteuervorrichtung, die die Funktion hat, zurückgewonnene Energie, die beim Abbremsen des Motors gewonnen wird, auf die Wechselstromversorgungsseite zurückzuspeisen, so kann die zurückgewonnene Energie während des Stromausfalls nicht auf die Wechselstromversorgungsseite zurückgespeist werden. Damit steigt die Gleichspannung im Gleichstrom-Zwischenkreis zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter an. Diese Erscheinung ist dann deutlich spürbar, wenn die zurückgewonnene Energie eines Motors hoch ist. Normalerweise gibt ein Wechselrichter einen „Überspannungsalarm“ aus, um sich selbst zu schützen, und er stellt die Steuerung ein, wenn die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, der die Gleichstromseite des Wechselrichters darstellt, übermäßig zunimmt. In einem solchen Fall ist ein Nothalt, beispielsweise das Anhalten des Motors durch das aktive Erzeugen eines entgegengesetzten Drehmoments während der Verzögerung schwierig auszuführen. Damit tritt die Schwierigkeit auf, dass zwischen dem Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite und dem Anhalten des Motors Zeit nötig ist. Tritt dieses Problem beispielsweise in genannten Fall eines Zugspindelmotors auf, so kann ein Anprall der Zugspindel nicht verhindert werden.
Abhängig von den Eigenschaften eines Zugspindelmotors und der Reibung, die auf die Zugspindel wirkt, die der Zugspindelmotor antreibt, kann es erforderlich sein, die Zufuhr von Antriebsleistung vom Wechselrichter des Zugspindelmotors an den Zugspindelmotor fortzusetzen, und zwar auch dann, wenn der Zugspindelmotor abgebremst werden muss. Da - anders formuliert - in diesem Fall im Zugspindelmotor auch während der Verzögerung des Zugspindelmotors keine Rückspeiseenergie erzeugt wird, liefert der Wechselrichter des Zugspindelmotors keine Energie an den Gleichstrom-Zwischenkreis, sondern der Wechselrichter des Zugspindelmotors wandelt Gleichstrom des Gleichstrom-Zwischenkreises in Wechselstrom um, damit der Zugspindelmotor versorgt wird. Wird in dieser Situation ein Verzögerungsbefehl für einen Nothalt wie beschrieben geliefert, wenn auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auftritt, so bricht die Gleichspannung des Gleichstrom-Zwischenkreises sehr rasch zusammen. Fällt die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, d. h. an der Gleichstromseite des Wechselrichters, sehr stark ab, so ist es schwierig für den Wechselrichter, Antriebsleistung zu liefern. Daher liefert der Wechselrichter einen „Unterspannungsalarm“ und stellt die Steuerung ein. In einem solchen Fall ist ein Nothalt, beispielsweise das Anhalten des Motors durch das aktive Erzeugen eines entgegengesetzten Drehmoments während der Verzögerung schwierig auszuführen. Damit tritt die Schwierigkeit auf, dass zwischen dem Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite und dem Anhalten des Motors Zeit nötig ist. Tritt dieses Problem beispielsweise in genannten Fall eines Zugspindelmotors auf, so kann ein Anprall der Zugspindel nicht verhindert werden.
Die DE 43 06 307 A1 zeigt eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einem Hauptspindelmotor (M1; HSA), einem Vorschubspindelmotor (M2; VSA), einem Gleichstrom-Zwischenkreis (ZK; ZKS), einer Stromausfall-Erkennungseinheit (NO) und einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dann, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (NO) einen Stromausfall erkennt, den Zugspindelmotor so steuert, dass über die Spindel ein geregelter Rückzug des Werkzeugs durchgeführt werden kann, so dass eine unkontrollierte Auslaufbewegung und damit die Gefahr der Zerstörung von Werkzeug und/oder Werkstück verhindert wird, und den Hauptspindelmotor so steuert, dass der Hauptspindelmotor in den Generatorbetrieb geschaltet und so geregelt wird, dass die Zwischenkreisenergie erhalten bleibt.
Die DE 696 17 332 T2 zeigt eine Wälzfräsmaschine, bei der bei Stromausfall ein Werkzeugvorschubmotor zugeschaltet wird, um das Werkzeug vom Werkstück zu entfernen. Eine Verlangsamung eines Werkstückantriebsmotors und eines Werkzeugantriebsmotors wird abwechselnd aktiviert und deaktiviert, um die Spannung in einem Zwischenkreis zwischen einer Anfangsspannung und einer oberen Schwellwert zu halten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hinsichtlich der genannten Probleme ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei der in der Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist, der Zugspindelmotor zuverlässig und frühzeitig angehalten werden kann, wenn auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auftritt.
Zum Erfüllen der genannten Aufgabe enthält gemäß einem ersten Aspekt eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist:

einen Gleichrichter, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung auf einer Wechselstromversorgungsseite und einer Gleichspannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreis vornimmt, der eine Gleichstromseite darstellt;
einen Wechselrichter des Zugspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Zugspindelmotors vornimmt, damit der Zugspindelmotor mit Antriebsleistung versorgt wird;
einen Wechselrichter des Hauptspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors vornimmt, damit der Hauptspindelmotor mit Antriebsleistung versorgt wird;
eine Stromausfall-Erkennungseinheit, die das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters erkennt;
eine Spannungs-Erkennungseinheit, die die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis erkennt; und
eine Steuereinheit, die einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgibt, der den Wechselrichter des Zugspindelmotors so steuert, dass der Zugspindelmotor abgebremst wird, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt,
wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl ausgibt, damit der Wechselrichter des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor beschleunigt, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit erfasste Gleichspannung größer ist als ein vorbestimmter oberer Grenzwert, und einen Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit der Wechselrichter des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor verzögert, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit erfasste Gleichspannung geringer ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, der kleiner ist als der vorbestimmte obere Grenzwert.

Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall, so gibt die Steuereinheit einen Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl aus, der den Wechselrichter des Hauptspindelmotors so steuert, dass die Zufuhr von Antriebsleistung zum Hauptspindelmotor unterbrochen wird, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit erfasste Gleichspannung größergleich dem vorbestimmten unteren Grenzwert und kleinergleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt enthält eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist:

einen Gleichrichter, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung auf einer Wechselstromversorgungsseite und einer Gleichspannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreis vornimmt, der eine Gleichstromseite darstellt;
einen Wechselrichter des Zugspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Zugspindelmotors vornimmt, damit der Zugspindelmotor mit Antriebsleistung versorgt wird;
einen Wechselrichter des Hauptspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors vornimmt, damit der Hauptspindelmotor mit Antriebsleistung versorgt wird;
eine Stromausfall-Erkennungseinheit, die das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters erkennt;
eine Leistungs-Berechnungseinheit, die den Leistungsverbrauch im Zugspindelmotor berechnet;
eine Steuereinheit, die einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgibt, der den Wechselrichter des Zugspindelmotors so steuert, dass der Zugspindelmotor abgebremst wird, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt,
wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl ausgibt, damit der Wechselrichter des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor beschleunigt, wenn die von der Leistungs-Berechnungseinheit berechnete Leistungsaufnahme negativ ist, und einen Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit der Wechselrichter des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor verzögert, wenn die von der Leistungs-Berechnungseinheit berechnete Leistungsaufnahme positiv ist.

Gemäß dem zweiten Aspekt gibt die Steuereinheit als Hauptspindelmotor-Ausgabegrenzwert den von der Leistungs-Berechnungseinheit berechneten Leistungsverbrauch aus, und der Wechselrichter des Hauptspindelmotors kann die bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und der Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl vornehmen, bis die Gesamtmenge der Wechselstromleistung, die die bidirektionale Umsetzung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl erzeugt, den Hauptspindelmotor-Ausgabegrenzwert erreicht.
Ist ein Zugspindelmotor-Wechselrichter für jeden Zugspindelmotor vorhanden, so wird gemäß dem zweiten Aspekt die von der Leistungs-Berechnungseinheit berechnete Leistungsaufnahme dadurch gewonnen, dass die Leistungsaufnahme in allen Zugspindelmotoren summiert wird.
Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt kann der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl als oberen Grenzwert des Drehzahlbefehls den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl für den Fall enthalten, dass eine maximale Drehgeschwindigkeit oder eine maximale für den Hauptspindelmotor zulässige Umdrehungsanzahl erreicht ist.
Ist die vom Hauptspindelmotor angetriebene Hauptspindel eine Welle, die ein Werkstück hält und dreht, so kann der obere Grenzwert des Drehzahlbefehls gemäß der Art des Werkstücks eingestellt werden, das von der Hauptspindel gehalten wird.
Zudem wird gemäß dem ersten und zweiten Aspekt bei einer Referenz-Drehgeschwindigkeit des Hauptspindelmotors zu einem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit des Hauptspindelmotors den Stromausfall erkennt, die Zunahme des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls entsprechend zu einem maximal zulässigen Zuwachs gegenüber der Drehgeschwindigkeit als zulässiger Wert der Drehgeschwindigkeitszunahme eingestellt. Der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl kann als oberen Grenzwert des Geschwindigkeitsbefehls einen Wert enthalten, den man durch Addieren des zulässigen Werts der Drehgeschwindigkeitszunahme zur Drehgeschwindigkeit des Hauptspindelmotors zu dem Zeitpunkt erhält, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit den Stromausfall erkennt.
Ist die vom Hauptspindelmotor angetriebene Hauptspindel eine Welle, die ein Werkstück hält und dreht, so kann der zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme gemäß dem Werkstück eingestellt werden, das von der Hauptspindel gehalten wird.
Wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Wechselrichter des Zugspindelmotors ausgegeben und wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Wechselrichter des Hauptspindelmotors ausgegeben, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt, so kann die Steuereinheit zudem einen Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl zum Steuern des Zugspindelmotor-Wechselrichters ausgeben, damit das Drehmoment des Zugspindelmotors gegenüber einem aktuellen Drehmoment verringert wird, wenn der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den oberen Grenzwert des Geschwindigkeitsbefehls erreicht.
Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall, so kann die Steuereinheit so ausgelegt sein, dass sie den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl nicht an den Wechselrichter des Hauptspindelmotors ausgibt, falls eine Positionsregelung der Hauptspindel vorgenommen wird.
Die Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine enthält bevorzugt eine Stromversorgungs-Sicherungseinheit, die die Steuereinheit auch dann mit Strom versorgt, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt.
Zudem bevorzugt man eine Konfiguration, bei der eine Kommunikationseinheit vorhanden ist, die kommunizierend mit dem Gleichrichtercontroller im Gleichrichter, dem Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller im Wechselrichter des Zugspindelmotors, dem Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller im Wechselrichter des Hauptspindelmotors und der Steuereinheit verbunden ist, und bei der die Stromausfall-Erkennungseinheit dem Gleichrichtercontroller und der Steuereinheit über die Kommunikationseinheit ein Erkennungsergebnis meldet, das das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters anzeigt.
Figurenliste
Man versteht die Erfindung mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen besser.
Es zeigt:

1 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein ,Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine Skizze, die einen Befehl erklärt, der einem Spindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß der ersten Ausführungsform gemeldet wird;
4 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 eine Skizze, die einen Befehl erklärt, der einem Hauptspindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß der zweiten Ausführungsform gemeldet wird;
7 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß der dritten Ausführungsform;
8A und 8B Skizzen, die einen Befehl erklären, der einem Hauptspindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform in 7 gemeldet wird;
9 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der vierten Ausführungsform;
10 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der fünften Ausführungsform;
11 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform;
12 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der sechsten Ausführungsform;
13 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der siebten Ausführungsform; und
14 ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der achten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor und einen Hauptspindelmotor enthält, anhand der Zeichnungen erklärt. Natürlich ist die Erfindung nicht auf die im Weiteren beschriebenen Zeichnungen oder Ausführungsformen eingeschränkt.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform. Im Folgenden haben Komponenten, die in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, die gleiche Funktion.
In der ersten Ausführungsform enthält eine Steuervorrichtung 100 einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor 2 enthält, der die Zugspindel antreibt, und einen Hauptspindelmotor 3, der eine Hauptspindel antreibt, einen Gleichrichter 11, einen Zugspindelmotor-Wechselrichter 12, einen Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13, eine Stromausfall-Erkennungseinheit 14, eine Spannungs-Erkennungseinheit 15, einen numerischen Controller (CNC) 16 als Steuereinheit, eine Stromversorgungs-Sicherungseinheit 31 und einen Kommunikationsbus 32 als Kommunikationseinheit.
Der Gleichrichter 11, der Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 und der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 sind über den Gleichstrom-Zwischenkreis verbunden. Der Kommunikationsbus 32, der die Kommunikationseinheit darstellt, hat die Funktion, einen Gleichrichtercontroller 11C im Gleichrichter 11, einen Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C im Zugspindelmotor-Wechselrichter 12, einen Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C im Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 und den numerischen Controller 16 kommunizierend zu verbinden. Man beachte, dass eine solche Kommunikationseinheit durch ein drahtloses System anstelle eines verdrahteten Systems, etwa eines Kommunikationsbusses 32, verwirklicht werden kann.
Der Gleichrichter 11 ist ein Gleichrichter, der Wechselstrom gleichrichtet, der von einer dreiphasigen Netz-Wechselstromversorgung 4 geliefert wird, und der während des Betriebs Gleichstrom ausgibt. Der Gleichrichter kann von einem Motor zurückgewonnene Rückspeiseenergie auf die Wechselstromversorgungsseite 4 zurückspeisen, und zwar über den Gleichstrom-Zwischenkreis während eines Zurückgewinnungsvorgangs. Anders gesagt nimmt der Gleichrichter 11 eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung der dreiphasigen Netz-Wechselstromversorgungsseite 4 und einer Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis vor, der die Gleichstromseite darstellt. Beispiele für den Gleichrichter 11 sind eine Gleichrichterschaltung, die 120 Grad leitet, eine Gleichrichterschaltung, die pulsbreitenmoduliert ist, usw.
Der Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 enthält eine Umformschaltung (nicht dargestellt), in der sich Schaltbauteile befinden, beispielsweise einen PWM-Wechselrichter, und den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C, der die Umformschaltung steuert. Im Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 nimmt der Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C abhängig von dem Motoransteuerbefehl, der vom numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 empfangen wird, Schaltoperationen der Schaltbauteile in der Umformschaltung vor, damit der von dem Gleichstrom-Zwischenkreis gelieferte Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Betreiben des Zugspindelmotors 2 umgeformt wird. Der Zugspindelmotor 2 arbeitet gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Beim Verzögern des Zugspindelmotors 2 entsteht zurückgewonnene Energie. Der Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C nimmt abhängig von dem Motoransteuerbefehl, der vom numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 empfangen wird, Schaltoperationen der Schaltbauteile in der Umformschaltung vor, damit der Wechselstrom, der die im Zugspindelmotor 2 erzeugte zurückgewonnene Energie darstellt, in Gleichstrom umgeformt wird, der in den Gleichstrom-Zwischenkreis zurückgespeist wird. Somit nimmt der Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 eine bidirektionale Stromumformung zwischen dem Gleichstrom im Gleichstrom-Zwischenkreis und dem Antriebsstrom des Zugspindelmotors 2 oder dem zurückgewonnenen Wechselstrom vor.
Der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 enthält eine Umformschaltung (nicht dargestellt), in der sich Schaltbauteile befinden, beispielsweise einen PWM-Wechselrichter, und den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C, der die Umformschaltung steuert. Im Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 nimmt der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C abhängig von dem Motoransteuerbefehl, der vom numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 empfangen wird, Schaltoperationen der Schaltbauteile in der Umformschaltung vor, damit der von dem Gleichstrom-Zwischenkreis gelieferte Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Betreiben des Hauptspindelmotors 3 umgeformt wird. Der Hauptspindelmotor 3 arbeitet gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Beim Verzögern des Hauptspindelmotors 3 entsteht zurückgewonnene Energie. Der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C nimmt abhängig von dem Motoransteuerbefehl, der vom numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 empfangen wird, Schaltoperationen der Schaltbauteile in der Umformschaltung vor, damit der Wechselstrom, der die im Hauptspindelmotor 3 erzeugte zurückgewonnene Energie darstellt, in Gleichstrom umgeformt wird, der in den Gleichstrom-Zwischenkreis zurückgespeist wird. Somit nimmt der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 eine bidirektionale Stromumformung zwischen dem Gleichstrom im Gleichstrom-Zwischenkreis und dem Antriebsstrom des Hauptspindelmotors 3 oder dem zurückgewonnenen Wechselstrom vor.
Die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 befindet sich innerhalb des Gleichrichters 11 und erkennt das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 meldet dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 ein Erfassungsergebnis, das das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 anzeigt.
Die Spannungs-Erkennungseinheit 15 befindet sich innerhalb des Zugspindelmotor-Wechselrichters 12 oder des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 und erkennt die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, die sie dem numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 meldet.
Der numerische Controller 16 erzeugt einen Ausgabebefehl zum Steuern des Zugspindelmotor-Wechselrichters 12 und des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13, damit der Zugspindelmotor 2 und der Hauptspindelmotor 3 mit einer gewünschten Drehzahl und einem gewünschten Drehmoment betrieben werden. Empfängt der numerische Controller 16 über den Kommunikationsbus 32 eine Meldung von der Stromausfall-Erkennungseinheit 14, dass auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall aufgetreten ist, so gibt er einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Ist zu diesem Zeitpunkt die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert, so wird ein Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben, damit der Hauptspindelmotor beschleunigt wird. Ist die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung kleiner als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, der unter dem vorbestimmten oberen Grenzwert liegt, so wird ein Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben, damit der Hauptspindelmotor 3 verzögert wird. Ist die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung größergleich dem vorbestimmten unteren Grenzwert und kleinergleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert, so wird ein Hauptspindelmotor-Abtrennbefehl ausgegeben, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 so steuert, dass er die Zufuhr von Antriebsleistung an den Hauptspindelmotor 3 unterbricht.
Der numerische Controller 16 ist dafür ausgelegt, dass er seine Betriebs-Stromversorgung unter normalen Umständen aus der dreiphasigen Netz-Wechselstromversorgung 4 des Gleichrichters 11 erhält. Tritt ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 auf, so kann die Stromversorgung schwierig werden. Daher enthält der numerische Controller 16, um seinen beschriebenen Betrieb zu sichern, eine Stromversorgungs-Sicherungseinheit 31, die dem numerischen Controller 16 auch dann Strom für seinen Betrieb liefert, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall erkannt hat.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Schritt S101 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S101 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird auch der Schritt S102 bearbeitet.
Im Schritt S102 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist.
Im Schritt S103 stellt der numerische Controller 16 fest, ob die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größer ist als der vorbestimmte obere Grenzwert. Ist die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis kleinergleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert, so wird der Schritt S104 ausgeführt. Ist die Gleichspannung größer als der obere Grenzwert, so wird zum Schritt S107 übergegangen.
Im Schritt S107 gibt der numerische Controller 16 einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl aus, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 so steuert, dass der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Der vom numerischen Controller 16 ausgegebene Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übertragen. Nach dem Empfang des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls veranlasst der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Der Hauptspindelmotor 3 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz beschleunigt. Da in diesem Fall beim Auftreten eines Stromausfalls die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größer wird als der vorbestimmte obere Grenzwert und sich leicht dem Überspannungsalarmpegel nähern kann, wird der Hauptspindelmotor 3 mit höherer Drehzahl betrieben, damit der Hauptspindelmotor 3 den Gleichstrom im Gleichstrom-Zwischenkreis verbraucht. Wird der genannte vorbestimmte Wert auf einen Wert unter dem Überspannungsalarmpegel gesetzt, so wird die beschriebene Operation ausgeführt, und die Energie wird im Hauptspindelmotor 3 verbraucht, so dass der Überspannungsalarmpegel nicht erreicht wird.
Im Schritt S104 stellt der numerische Controller 16 fest, ob die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis kleiner ist als der vorbestimmte untere Grenzwert. Ist die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größer als der vorbestimmte untere Grenzwert, so wird zum Schritt S105 gegangen. Ist sie kleinergleich dem unteren Grenzwert, so wird zum Schritt S106 gegangen.
Im Schritt S106 gibt der numerische Controller 16 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 steuert, damit der Hauptspindelmotor 3 abgebremst wird. Der vom numerischen Controller 16 ausgegebene Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übermittelt. Nach dem Empfang des Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehls veranlasst der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Hauptspindelmotor 3 verzögert wird. Der Hauptspindelmotor 3 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz verzögert. Da in diesem Fall beim Auftreten eines Stromausfalls die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis kleiner wird als der vorbestimmte untere Grenzwert und sich leicht dem Unterspannungsalarmpegel des Gleichstrom-Zwischenkreises nähern kann, wird die Spannung am Gleichstrom-Zwischenkreis mit zurückgespeister Energie gehalten, die aus der Verzögerung des Hauptspindelmotors 3 stammt. Wird der genannte vorbestimmte Wert auf einen Wert über dem Unterspannungsalarmpegel gesetzt, so wird die beschriebene Operation ausgeführt, und die durch die Verzögerung des Hauptspindelmotors 3 erzeugte Rückspeiseenergie wird vom Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 in Gleichstrom umgeformt und an den Gleichstrom-Zwischenkreis geliefert. Dadurch steigt der Gleichspannungswert am Gleichstrom-Zwischenkreis, und der Unterspannungsalarmpegel wird nicht erreicht.
Im Schritt S105 gibt der numerische Controller 16 den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl aus, der den Wechselrichter 13 des Hauptspindelmotors so steuert, dass die Zufuhr von Antriebsleistung zum Hauptspindelmotor 3 unterbrochen wird.
Im Schritt S108 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 16 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen. Nach dem Empfang des Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehls veranlasst der Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der Zugspindelmotor 2 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz verzögert.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S108 wird die Verarbeitung im Schritt S101 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 16 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S101 bis S108 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und er gibt entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl aus, und zwar abhängig vom Vergleichsergebnis zwischen der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, die über den Kommunikationsbus 32 gemeldet wird, und dem vorbestimmten oberen Grenzwert bzw. dem vorbestimmten unteren Grenzwert.
3 zeigt eine Skizze, die einen Befehl erklärt, der einem Hauptspindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß der ersten Ausführungsform gemeldet wird. Wie beschrieben überträgt der numerische Controller 16 bei einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12. Der an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 zu übertragende Befehl unterscheidet sich jedoch abhängig vom Pegel der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, der über den Kommunikationsbus 32 gemeldet wird. Ist - anders formuliert - die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größer als der vorbestimmte obere Grenzwert, so wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl übertragen, der bewirkt, dass der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird, damit eine Gleichstromzunahme im Gleichstrom-Zwischenkreis verbraucht wird, die bewirkt dass die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis ansteigt. Damit wird eine Gleichspannungszunahme am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert und der Überspannungsalarmpegel wird nicht erreicht. Liegt die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis unter einem vorbestimmten unteren Grenzwert, so wird der Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl übertragen. Eine Gleichstromabnahme im Gleichstrom-Zwischenkreis bewirkt, dass die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis abfällt. Die Abnahme wird durch die Rückspeiseenergie ausgeglichen, die durch das Verzögern des Hauptspindelmotors 3 erzeugt wird. Dadurch wird eine Gleichstromabnahme im Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert, und der Unterspannungsalarmpegel wird nicht erreicht.
Ist die über den Kommunikationsbus 32 gemeldete Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größergleich dem vorbestimmten unteren Grenzwert und kleinergleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert, so wird der Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl übertragen, und der Strom im Hauptspindelmotor 3 wird als Reaktion auf den Stromausfall unterbrochen.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform enthält eine Steuervorrichtung 200 einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor 2 enthält, der die Zugspindel antreibt, und einen Hauptspindelmotor 3, der eine Hauptspindel antreibt, einen Gleichrichter 11, einen Zugspindelmotor-Wechselrichter 12, einen Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13, eine Stromausfall-Erkennungseinheit 14, eine Leistungsberechnungseinheit 17, einen numerischen Controller (CNC) 18 als Steuereinheit, eine Stromversorgungs-Sicherungseinheit 31 und einen Kommunikationsbus 32 als Kommunikationseinheit.
Der Gleichrichter 11, der Zugspindelmotor-Wechselrichter 12, der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13, die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 und die Stromversorgungs-Sicherungseinheit 31 werden nicht erneut erklärt, da sie der ersten Ausführungsform gleichen, die anhand von 1 und 2 beschrieben wurde.
Die Leistungsberechnungseinheit 17 befindet sich innerhalb des Zugspindelmotor-Wechselrichters 12 und berechnet abhängig von der Wechselspannung und dem Wechselstrom auf der Wechselstrom-Ausgabeseite des Zugspindelmotor-Wechselrichters 12 die Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2, der an den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 angeschlossen ist. Die Leistungsberechnungseinheit 17 meldet dem Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C und dem numerischen Controller 18 über den Kommunikationsbus 32 den berechneten Wert der Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2. Der numerische Controller 18 verwendet den empfangenen Wert der Leistungsaufnahme in der im Folgenden beschriebenen Verarbeitung. Sind mehrere Zugspindelmotoren 2 vorhanden, so verwendet der numerische Controller 18 die gesamte Leistungsaufnahme, die von allen Leistungsberechnungseinheiten 17 berechnet wird(d. h. die gesamte Leistungsaufnahme in allen Zugspindelmotoren 2), in der im Folgenden beschriebenen Verarbeitung.
Der numerische Controller 18 (CNC) erzeugt einen Ausgabebefehl zum Steuern des Zugspindelmotor-Wechselrichters 12 und des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13, damit der Zugspindelmotor 2 und der Hauptspindelmotor 3 mit einer gewünschten Drehzahl und einem gewünschten Drehmoment betrieben werden. Empfängt der numerische Controller 18 über den Kommunikationsbus 32 eine Meldung von der Stromausfall-Erkennungseinheit 14, dass auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall aufgetreten ist, so gibt er einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Ist zu diesem Zeitpunkt die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme negativ, so wird ein Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl für die Steuerung an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben, damit der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme positiv, so wird ein Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl für die Steuerung an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben, damit der Hauptspindelmotor 3 verzögert wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
Im Schritt S201 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S201 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S202 übergegangen.
Im Schritt S202 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist.
Im Schritt S203 stellt der numerische Controller 18 fest, ob die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 negativ oder positiv ist. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme positiv, so wird zum Schritt S204 übergegangen. Ist sie negativ, so wird mit dem Schritt S205 fortgefahren.
Im Schritt S204 gibt der numerische Controller 18 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 steuert, damit der Hauptspindelmotor 3 abgebremst wird. Der vom numerischen Controller 18 ausgegebene Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übermittelt. Nach dem Empfang des Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehls veranlasst der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Hauptspindelmotor 3 verzögert wird. Der Hauptspindelmotor 3 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz verzögert. Eine positive Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 im Schritt S203 bedeutet, dass im Zugspindelmotor 2 Energie verbraucht wird. Dies führt zu einer weiteren Abnahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, wenn an der Situation nichts geändert wird. Somit wird durch das Ausführen der Verarbeitung im Schritt S204 die vom Hauptspindelmotor 3 verbrauchte Energie verringert, weil der Hauptspindelmotor 3 abgebremst wird. Dadurch wird eine Abnahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert.
Im Schritt S205 gibt der numerische Controller 18 einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl aus, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 so steuert, dass der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Der vom numerischen Controller 18 ausgegebene Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übertragen. Nach dem Empfang des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls veranlasst der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Der Hauptspindelmotor 3 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz beschleunigt. Eine negative Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 im Schritt S203 bedeutet, dass im Zugspindelmotor 2 Energie zurückgewonnen wird. Dies führt zu einer weiteren Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis, wenn an der Situation nichts geändert wird. Somit wird durch das Ausführen der Verarbeitung im Schritt S205 die vom Hauptspindelmotor 3 verbrauchte Energie erhöht, weil der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Dadurch wird eine Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert.
Im Schritt S206 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen. Nach dem Empfang des Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehls veranlasst der Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, die einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugen, damit der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der Zugspindelmotor 2 wird gemäß dem gelieferten dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz verzögert.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S206 wird die Verarbeitung im Schritt S201 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S201 bis S206 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und er gibt entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl aus, und zwar abhängig vom Wert der Leistungsaufnahme des Hauptspindelmotors, den die Leistungsberechnungseinheit 17 berechnet.
6 zeigt eine Skizze, die einen Befehl erklärt, der einem Hauptspindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß der zweiten Ausführungsform gemeldet wird. Wie beschrieben überträgt der numerische Controller 18 bei einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12. Der an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 zu übertragende Befehl unterscheidet sich jedoch abhängig davon, ob die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 positiv oder negativ ist. Ist - anders formuliert - die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 negativ, so wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl übertragen, der bewirkt, dass der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird, damit im Zugspindelmotor 2 zurückgewonnenen Energie verbraucht wird, die bewirkt, dass die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis ansteigt. Damit wird eine Gleichspannungszunahme am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert und der Überspannungsalarmpegel wird nicht erreicht. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 positiv, so wird der Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl übertragen, der bewirkt, dass die Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2, die die Ursache für die abnehmende Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis ist, durch die zurückgewonnenen Energie kompensiert wird, die durch die Verzögerung des Hauptspindelmotors 3 erzeugt wird. Damit wird eine Gleichspannungsabnahme am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert und der Unterspannungsalarmpegel wird nicht erreicht.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der dritten Ausführungsform. 8A und 8B zeigen Skizzen, die einen Befehl erklären, der einem Hauptspindelmotor-Wechselrichter während eines Stromausfalls gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform in 7 gemeldet wird. Die dritte Ausführungsform dient dazu, in der zweiten Ausführungsform, die anhand von 5 und 6 beschrieben ist, die Gleichspannung des Gleichstrom-Zwischenkreises konstant zu halten, indem die Wechselstromabgabe des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 begrenzt wird, die gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl abhängig von der Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 ausgegeben wird. Anders erklärt gibt in der dritten Ausführungsform der numerische Controller 18 die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme als Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert aus. Dementsprechend führt der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13, bis die Gesamthöhe des Wechselstroms, den die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl erzeugt, den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht, die bidirektionale Umformung zwischen der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis und der Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors aus, und zwar abhängig vom Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl.
Im Schritt S301 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S301 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S302 übergegangen.
Im Schritt S302 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist.
Im Schritt S303 stellt der numerische Controller 18 fest, ob die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 negativ oder positiv ist. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme positiv, so wird zum Schritt S304 übergegangen. Ist sie negativ, so wird mit dem Schritt S305 fortgefahren.
Im Schritt S304 erzeugt der numerische Controller 18 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 so steuert, dass der Hauptspindelmotor 3 verzögert wird.
Im Schritt S305 gibt der numerische Controller 18 einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl aus, der den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 so steuert, dass der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird.
Im Schritt S306 stellt der numerische Controller 18 die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme als Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert ein. Da eine von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete positive Leistungsaufnahme bedeutet, dass im Zugspindelmotor 2 Energie verbraucht wird, erzeugt der numerische Controller 18 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit die Energie ausgeglichen wird, die der Zugspindelmotor 2 verbraucht, und zwar mit der zurückgewonnenen Energie, die durch das Abbremsen des Hauptspindelmotors 3 erzeugt wird. Dies entspricht der Beschreibung in der zweiten Ausführungsform gemäß 5 und 6. Zudem wird in der dritten Ausführungsform, siehe 8A, der Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert für den Wechselstrom, den der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgibt, so eingestellt, dass der Gesamtumfang der Wechselstromleistung, die der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgibt, gleich der Größe der Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 ist. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme positiv, so wird der Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert negativ eingestellt. Da eine von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete negative Leistungsaufnahme bedeutet, dass im Zugspindelmotor 2 Energie zurückgewonnen wird, bewirkt der numerische Controller 18, dass der Hauptspindelmotor 3 die Energie verbraucht, die im Zugspindelmotor 2 zurückgewonnen wird, indem er den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt, damit der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt wird. Dies entspricht der Beschreibung in der zweiten Ausführungsform gemäß 5 und 6. Zudem wird in der dritten Ausführungsform, siehe 8B, der Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert für den Wechselstrom, den der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgibt, so eingestellt, dass der Gesamtumfang der Wechselstromleistung, die der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgibt, gleich der Größe der Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors 2 ist. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechnete Leistungsaufnahme negativ, so wird der Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert positiv eingestellt.
Im Schritt S307 überträgt der numerische Controller 18 den im Schritt S306 eingestellten Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert und den im Schritt S304 erzeugten Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den im Schritt S305 erzeugten Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C. Der Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C veranlasst die Schaltelemente in der Umformschaltung dazu, Schaltvorgänge auszuführen, bis die Gesamtmenge der durch die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 aufgrund des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls oder des Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehls erzeugten Wechselstromleistung den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht. Somit nimmt der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 eine Umformung vor, damit ein dreiphasiger Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugt wird und der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt oder verzögert wird, bis die Gesamtmenge der durch die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 aufgrund des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls oder des Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehls erzeugten Wechselstromleistung den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht.
Im Schritt S308 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S308 wird die Verarbeitung im Schritt S301 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S301 bis S308 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und er gibt den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert aus und entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, und zwar abhängig vom Wert der Leistungsaufnahme des Hauptspindelmotors, den die Leistungsberechnungseinheit 17 berechnet.
Wie erklärt nimmt der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 durch das Einstellen des Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwerts gemäß der von der Leistungsberechnungseinheit 17 berechneten Leistungsaufnahme eine Umformung vor, damit ein dreiphasiger Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz erzeugt wird und der Hauptspindelmotor 3 beschleunigt oder verzögert wird, bis die Gesamtmenge der durch die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 aufgrund des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls oder des Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehls erzeugten Wechselstromleistung den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht. Hat die Gesamtmenge der durch die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters 13 erzeugten Wechselstromleistung den Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht, so wird die verbrauchte bzw. zurückgewonnene Energie im Gesamtsystem einschließlich des Zugspindelmotors 2 und des Hauptspindelmotors 3 null, siehe 8A und 8B. Dadurch kann man Schwankungen der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis unterdrücken.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der vierten Ausführungsform. Tritt wie beschrieben in der ersten bis dritten Ausführungsform auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall auf, so erzeugen die numerischen Controller 16 und 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl abhängig von einer vorbestimmten Bedingung. Bei diesem Spindelmotor-Beschleunigungsbefehl muss der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 die Wechselstromleistung zum Beschleunigen des Hauptspindelmotors 3 ausgeben. Da Motoren - ohne Einschränkung auf den Hauptspindelmotor - eine maximale Drehzahl haben, die aufgrund des Aufbaus zulässig ist, ist es gefährlich, die Beschleunigung des Hauptspindelmotors bei beim Auftreten eines Stromausfalls wie beschrieben unbegrenzt beizubehalten. Daher wird in der vierten Ausführungsform bezüglich des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl dann, wenn die maximale für den Hauptspindelmotor zulässige Drehzahl erreicht ist, auf einen Drehzahlbefehls-Höchstgrenzwert gesetzt.
Im Schritt S401 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S401 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S402 übergegangen.
Im Schritt S402 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 oder 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist. Dann werden die Verarbeitungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform nach 1 bis 8B ausgeführt. Um die Erklärung zu vereinfachen, werden die Verarbeitungen, durch die der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl erzeugt, nicht angegeben.
Im Schritt S403 stellt der numerische Controller 16 oder 18 fest, ob der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden ist. Ist der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden, so wird zum Schritt S404 gegangen. Andernfalls wird zum Schritt S405 gegangen.
Wird im Schritt S403 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden ist, so stellt der numerische Controller 16 oder 18 fest, ob der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als ein vorbestimmter Drehzahlbefehls-Obergrenzwert. Der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl zu dem Zeitpunkt, zu dem die maximal für den Hauptspindelmotor zulässige Drehzahl als Drehzahlbefehls-Obergrenzwert eingestellt wird, und der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert sind vorab in einem Speicher im numerischen Controller 16 oder Controller 18 abgelegt. Ist beispielsweise die maximale Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 10000 Umdrehungen pro Minute, so ist dieser Wert als Drehzahlbefehls-Obergrenzwert eingestellt.
Wird im Schritt S404 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert, so wird dem Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C über den Kommunikationsbus 32 im Schritt S407 der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert als Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl übermittelt.
Wird im Schritt S404 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl kleinergleich dem Drehzahlbefehls-Obergrenzwert ist, so wird dem Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C über den Kommunikationsbus 32 im Schritt S406 der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl unverändert übermittelt.
Wird dagegen im Schritt S403 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl nicht erzeugt worden ist, so überträgt der numerische Controller 16 oder 18 dem Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C im Schritt S405 über den Kommunikationsbus 32 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl.
Im Schritt S408 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 16 oder 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S408 wird die Verarbeitung im Schritt S401 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 16 oder 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S401 bis S408 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl, und zwar abhängig von einer vorbestimmten Bedingung.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der fünften Ausführungsform. Die fünfte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten bis dritten Ausführungsform für eine Referenzdrehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall erkennt, eine Zunahme des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls gemäß einer maximal zulässigen Drehzahlzunahme vorab als zulässiger Wert der Drehzahlbefehlszunahme eingestellt wird, und dass ein Wert, den man durch Addieren des zulässigen Werts der Drehzahlbefehlszunahme zu der Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt erhält, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall erkennt, als Drehzahlbefehls-Obergrenzwert des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls eingestellt wird. Der zulässige Wert der Drehzahlbefehlszunahme kann in Form einer Zunahme (absoluter Wert) gegen die Drehzahl oder als Verhältnis zur Drehzahl eingestellt werden. Betragen beispielsweise die Drehzahlen der Hauptspindelmotoren 3 im Normalbetrieb 1000 Umdrehungen pro Minute und 4000 Umdrehungen pro Minute, so können die Hauptspindelmotoren 3 wirksam und sicher kontrolliert werden, indem man den zulässigen Wert der Drehzahlbefehlszunahme und nicht eine gleichförmige Einstellung des Drehzahlbefehls-Obergrenzwerts wie in der vierten Ausführungsform festsetzt. Die zu den anzusteuernden Hauptspindelmotoren 3 gehörenden zulässigen Werte der Drehzahlbefehlszunahme werden vorab im Speicher im numerischen Controller 16 oder Controller 18 hinterlegt.
Im Schritt S501 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S501 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S502 übergegangen.
Im Schritt S502 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 oder 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist. Dann werden die Verarbeitungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform nach 1 bis 8B ausgeführt. Um die Erklärung zu vereinfachen, werden die Verarbeitungen, durch die der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl erzeugt, nicht angegeben.
Im Schritt S503 wird festgestellt, ob der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt hat. Ist der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden, so wird zum Schritt S504 gegangen. Andernfalls wird zum Schritt S505 gegangen.
Im Schritt S504 berechnet der numerische Controller 16 oder 18 den Drehzahlbefehls-Obergrenzwert durch das Addieren des zulässigen Werts der Drehzahlbefehlszunahme, der vorab im Speicher des numerischen Controllers 16 oder 18 abgelegt ist, zur Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 den Stromausfall feststellt. Die Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 den Stromausfall feststellt, kann aus Messdaten von einem Drehzahlsensor gewonnen werden, der am Hauptspindelmotor 3 angebracht ist, oder durch Schätzen am Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C abhängig von einem Wert des Wechselstroms, den der Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgibt.
Wird der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert im Schritt S504 berechnet, so stellt der numerische Controller 16 oder 18 im Schritt S505 fest, ob der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert.
Wird im Schritt S505 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert, so wird der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert im Schritt S508 über den Kommunikationsbus 32 als Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übermittelt.
Wird im Schritt S505 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl kleinergleich dem Drehzahlbefehls-Obergrenzwert ist, so wird der unveränderte Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl im Schritt S507 über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übermittelt.
Wird dagegen im Schritt S503 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl nicht erzeugt worden ist, so überträgt der numerische Controller 16 oder 18 dem Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C über den Kommunikationsbus 32 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl.
Im Schritt S509 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 16 oder 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S509 wird die Verarbeitung im Schritt S501 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 16 oder 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S501 bis S509 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl, und zwar abhängig von einer vorbestimmten Bedingung.
11 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die sechste Ausführungsform gilt für den Fall, dass die Werkzeugmaschine in der beschriebenen vierten und fünften Ausführungsform eine Drehbank ist. Ist die Werkzeugmaschine eine Drehbank, siehe 11, so ist die Hauptspindel 5, die vom Hauptspindelmotor 3 angetrieben wird, eine Welle, die ein Werkstück 6 festhält und dreht. In 11 sind die Spannungs-Erkennungseinheit 15 und die Leistungsberechnungseinheit 17 nicht dargestellt. Ist die Werkzeugmaschine eine Drehbank, so kann die Situation auftreten, in der ein Werkstück 6 in der Hauptspindel 5 eingespannt ist (gehalten wird), wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 auftritt. Da abhängig von der Größe und Trägheit des Werkstücks 6, das von der Hauptspindel 5 gehalten wird, das Drehmoment des Hauptspindelmotors 3 schwankt, der die Hauptspindel 5 antreibt, ändert sich die maximal zulässige Drehzahl für den Hauptspindelmotor 3 abhängig von der Art des Werkstücks 6, wenn der Hauptspindelmotor durch den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl beschleunigt wird. Der Widerstand der Drehzahl ändert sich ebenfalls abhängig von der Art des Werkstücks 6. In der sechsten Ausführungsform werden der Drehzahlbefehl-Obergrenzwert in der vierten Ausführungsform und der zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme in der fünften Ausführungsform abhängig von der Art des Werkstücks 6, das von der Hauptspindel gehalten wird, verändert, damit die Sicherheit wirksam gewährleistet wird.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der sechsten Ausführungsform.
Im Schritt S601 wird zuerst der bestmögliche Drehzahlbefehl-Obergrenzwert oder zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme für jeden Typ des Werkstücks 6 eingestellt, das die Hauptspindel 5 hält, die vom Hauptspindelmotor 3 angetrieben wird, und im Speicher (nicht dargestellt) im numerischen Controller 16 oder 18 abgelegt. Ist beispielsweise die Trägheit des Werkstücks 6 groß, so wird der Drehzahlbefehl-Obergrenzwert oder der zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme ziemlich gering eingestellt, um die Sicherheit zu gewährleisten, da es möglich ist, dass die Greifkraft des Futters durch die Beschleunigung überschritten wird und sich das Werkstück löst. Ist die Trägheit des Werkstücks 6 klein, so wird der Drehzahlbefehl-Obergrenzwert oder der zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme ziemlich hoch eingestellt, um den Unterdrückungseffekt bei der Spannungszunahme am Gleichstrom-Zwischenkreis zu sichern, da die Greifkraft des Futters gewisse Reserven aufweist.
Danach im Schritt S602 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S602 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S603 übergegangen.
Im Schritt S603 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 oder 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist. Dann werden die Verarbeitungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform nach 1 bis 8B ausgeführt. Um die Erklärung zu vereinfachen, werden die Verarbeitungen, durch die der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl erzeugt, nicht angegeben.
Im Schritt S604 wird festgestellt, ob der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt hat. Ist der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden, so wird zum Schritt S605 gegangen. Andernfalls wird zum Schritt S608 gegangen.
Im Schritt S605 wird der Typ des Werkstücks 6, das von der Hauptspindel 5 gehalten wird, die vom Hauptspindelmotor 3 angetrieben wird, ermittelt.
Nachfolgend wird im Schritt S606 der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert oder der zulässige Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme, der zu dem ermittelten Werkstück 6 gehört, aus dem Speicher im numerischen Controller 16 oder 18 geholt. Wird der zulässige Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme geholt, so wird der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert dadurch berechnet, dass der vorab im Speicher im numerischen Controller 16 oder 18 hinterlegte zulässige Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme zu der Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt addiert wird, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall erkennt.
Im Schritt S607 stellt der numerische Controller 16 oder 18 fest, ob der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert.
Wird im Schritt S607 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert, so wird im Schritt S610 der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert als Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C gemeldet.
Wird im Schritt S607 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl kleinergleich dem Drehzahlbefehls-Obergrenzwert ist, so wird im Schritt S609 der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C gemeldet.
Wird im Schritt S604 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl nicht erzeugt wurde, so überträgt der numerische Controller 16 oder 18 im Schritt S608 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C.
Im Schritt S611 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 16 oder 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S611 wird die Verarbeitung im Schritt S601 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 16 oder 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S601 bis S611 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl, und zwar abhängig von einer vorbestimmten Bedingung.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der siebten Ausführungsform. In der vierten bis sechsten Ausführungsform überschreitet der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den Drehzahlbefehls-Obergrenzwert nicht. Erreicht der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den Drehzahlbefehls-Obergrenzwert, so kann es sein, dass die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis anwächst, da es schwierig ist, weitere Energie im Hauptspindelmotor 3 zu verbrauchen. Die siebte Ausführungsform zielt darauf ab, diesen Fall zu behandeln. Der numerische Controller 16 oder Controller 18 ist dafür ausgelegt, den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 auszugeben, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall feststellt, und einen Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl auszugeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass das Drehmoment des Zugspindelmotors 2 gegen den aktuellen Wert verringert wird, falls der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den Drehzahlbefehls-Obergrenzwert erreicht, wenn der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben wird. Dadurch wird eine Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verhindert.
Im Schritt S701 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S701 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S702 übergegangen.
Im Schritt S702 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 oder 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist. Dann werden die Verarbeitungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform nach 1 bis 8B ausgeführt. Um die Erklärung zu vereinfachen, werden die Verarbeitungen, durch die der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl erzeugt, nicht angegeben.
Im Schritt S703 wird festgestellt, ob der numerische Controller 16 oder 18 den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt hat. Ist der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl erzeugt worden, so wird zum Schritt S704 gegangen. Andernfalls wird zum Schritt S705 gegangen.
Im Schritt S704 stellt der numerische Controller 16 oder 18 fest, ob der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert. Der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert wird dadurch erhalten, dass er geholt wird, falls er vorab im Speicher im numerischen Controller 16 oder 18 hinterlegt ist, und zwar als Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl zu dem Zeitpunkt, zu dem die maximale Drehgeschwindigkeit bzw. die maximale Drehzahl erreicht ist, die für den Hauptspindelmotor zulässig ist, oder dass er berechnet wird, indem der zulässige Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme addiert wird, den man holt, da er im Speicher im numerischen Controller 16 oder 18 hinterlegt ist, und zwar zu der Drehzahl des Hauptspindelmotors 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall feststellt.
Wird im Schritt S704 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl größer ist als der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert, so wird im Schritt S707 der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert als Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C gemeldet.
Nachfolgend wird im Schritt S709 ein Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl erzeugt, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass das Drehmoment des Zugspindelmotors 2 gegen den aktuellen Wert verringert wird. Der Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl wird zusammen mit dem Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Wird im Schritt S704 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl kleinergleich dem Drehzahlbefehls-Obergrenzwert ist, so wird im Schritt S706 der unveränderte Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C übermittelt. Anschließend wird der Schritt S708 ausgeführt.
Wird dagegen im Schritt S703 festgestellt, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl nicht erzeugt wurde, so überträgt der numerische Controller 16 oder 18 im Schritt S705 den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl über den Kommunikationsbus 32 an den Hauptspindelmotor-Wechselrichtercontroller 13C.
Im Schritt S708 wird der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgegeben, der den Zugspindelmotor-Wechselrichter 12 so steuert, dass der Zugspindelmotor 2 verzögert wird. Der vom numerischen Controller 16 oder 18 ausgegebene Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl wird über den Kommunikationsbus 32 an den Zugspindelmotor-Wechselrichtercontroller 12C übertragen.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung im Schritt S708 oder S709 wird die Verarbeitung im Schritt S701 wieder aufgenommen. Anders ausgedrückt gibt der numerische Controller 16 oder 18 durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitungen in den Schritten S701 bis S709 den Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl aus, und entweder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl, und zwar abhängig von einer vorbestimmten Bedingung, und er gibt den Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl gemäß einer vorbestimmten Bedingung aus.
14 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsablaufs der Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der achten Ausführungsform. Die Steuerung zum Beschleunigen einer Hauptspindel gemäß einem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl in der ersten bis siebten Ausführungsform geht von einer Drehzahlsteuerung für allgemeine Spanabhebevorgänge aus. Wird jedoch eine Positionsregelung für eine Hauptspindel vorgenommen, so kann es sein, dass eine Umrissregelung durch Interpolation zusammen mit einer Zugspindel oder einer anderen Hauptspindel vorgenommen wird. Wird in dieser Situation eine Beschleunigung oder Verzögerung gemäß der ersten bis siebten Ausführungsform vorgenommen, so kann es sein, dass das Beibehalten der Synchronizität der Interpolation unmöglich wird. Dies kann das Werkstück oder das Werkzeug beschädigen. Die achte Ausführungsform ist dafür gedacht, einen solchen Fall zu behandeln. Der numerische Controller 16 oder 18 ist dafür ausgelegt, den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl nicht an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 auszugeben, wenn eine Positionsregelung der Hauptspindel erfolgt und die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 einen Stromausfall erkennt.
Im Schritt S801 erfasst die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Gleichrichter 11 zunächst das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11. Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 im Schritt S801 das Auftreten eines Stromausfalls, so wird zum Schritt S802 übergegangen.
Im Schritt S802 meldet die Stromausfall-Erkennungseinheit 14 dem Gleichrichtercontroller 11C und dem numerischen Controller 16 oder 18 über den Kommunikationsbus 32, dass auf der Wechselstromversorgungsseite des Gleichrichters 11 ein Stromausfall aufgetreten ist.
Im Schritt S803 stellt der numerische Controller 16 oder 18 fest, ob eine Positionsregelung der Hauptspindel erfolgt. Erfolgt eine Positionsregelung der Hauptspindel, so wird zum Schritt S805 gegangen. Erfolgt keine Positionsregelung der Hauptspindel, so wird zum Schritt S804 gegangen.
Wird im Schritt S803 festgestellt, dass eine Positionsregelung der Hauptspindel erfolgt, so wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl nicht an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 ausgegeben. Dem Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 wird im Schritt S805 über den Kommunikationsbus 32 kontinuierlich ein Positionsbefehl übertragen.
Wird im Schritt S803 festgestellt, dass keine Positionsregelung der Hauptspindel erfolgt, so werden die Verarbeitungen der ersten bis siebten Ausführungsform wie beschrieben im Schritt S804 vorgenommen, und dem Hauptspindelmotor-Wechselrichter 13 wird über den Kommunikationsbus 32 entweder der Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder der Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl gemäß einer vorbestimmten Bedingung übertragen.
Die Erfindung kann auf die Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine angewendet werden, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel enthält, und bei der von einer Wechselstromversorgungsseite gelieferter Wechselstrom in Gleichstrom umgeformt wird, der wiederum im Wechselstrom zum Antreiben der Motoren umgeformt wird, damit der Zugspindelmotor und der Hauptspindelmotor angesteuert werden.
Gemäß der Erfindung kann in einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor zum Antreiben einer Hauptspindel enthält, der Zugspindelmotor zuverlässig und frühzeitig angehalten werden, wenn auf der Wechselstromversorgungsseite ein Stromausfall auftritt. Damit kann ein Anprall der Zugspindel beim Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite vermieden werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform überträgt beim Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite ein numerischer Controller einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an einen Zugspindelmotor-Wechselrichter, und er überträgt einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, falls die von einer Spannungs-Erkennungseinheit erfasste Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis größer ist als ein vorbestimmter oberer Grenzwert. Dadurch beschleunigt der Hauptspindelmotor und verbraucht eine Zunahme der Gleichstromenergie im Gleichstrom-Zwischenkreis, die die Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verursacht. Damit kann eine Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis vermieden werden, und der Überspannungsalarmpegel wird nicht erreicht. Ist die von der Spannungs-Erkennungseinheit erfasste Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis kleiner als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, so wird ein Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl übertragen, der dazu führt, dass eine Abnahme der Gleichstromenergie am Gleichstrom-Zwischenkreis, die die Abnahme der Gleichspannung im Gleichstrom-Zwischenkreis verursacht, durch zurückgewonnene Energie ausgeglichen wird, die durch die Verzögerung des Hauptspindelmotors erzeugt wird. Damit kann eine Abnahme der Gleichstromenergie am Gleichstrom-Zwischenkreis vermieden werden, und der Unterspannungsalarmpegel wird nicht erreicht.
Gemäß der zweiten Ausführungsform überträgt beim Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite ein numerischer Controller einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an einen Zugspindelmotor-Wechselrichter, und er überträgt, wenn die von einer Leistungsberechnungseinheit berechnete Leistungsaufnahme eines Zugspindelmotors negativ ist, einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl, der bewirkt, dass ein Hauptspindelmotor beschleunigt und zurückgewonnene Energie verbraucht, die im Zugspindelmotor erzeugt wird und die eine Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verursacht. Damit kann eine Zunahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis vermieden werden, und der Überspannungsalarmpegel wird nicht erreicht. Ist die von der Leistungsberechnungseinheit berechnete Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors positiv, so wird ein Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl übertragen, der bewirkt, dass die Leistungsaufnahme des Zugspindelmotors, der die Abnahme der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis verursacht, durch zurückgewonnene Energie ausgeglichen wird, die durch die Verzögerung des Hauptspindelmotors erzeugt wird. Damit kann eine Abnahme der Gleichstromenergie am Gleichstrom-Zwischenkreis vermieden werden, und der Unterspannungsalarmpegel wird nicht erreicht.
In der dritten Ausführungsform wird gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform zudem ein Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert gemäß der Leistungsaufnahme eingestellt, die die Leistungsberechnungseinheit berechnet. Der Hauptspindelmotor-Wechselrichter nimmt eine Umformung vor und gibt einen dreiphasigen Wechselstrom mit gewünschter Spannung und gewünschter Frequenz aus, damit der Hauptspindelmotor beschleunigt oder verzögert wird, bis die Gesamtmenge der Wechselstromleistung, die durch die bidirektionale Umformung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl erzeugt wird, einen Hauptspindelmotor-Abgabegrenzwert erreicht. Dies bewirkt, dass die verbrauchte bzw. zurückgewonnene Energie im Gesamtsystem einschließlich des Zugspindelmotors und des Hauptspindelmotors null wird. Dadurch kann man Schwankungen der Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis unterdrücken.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird in der ersten bis dritten Ausführungsform zudem der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl zu dem Zeitpunkt, zu dem die maximal für den Hauptspindelmotor zulässige Drehzahl erreicht ist, als Drehzahlbefehl-Obergrenzwert eingestellt. Der Hauptspindelmotor wird somit durch den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl nicht über die maximale Drehzahl hinaus beschleunigt. Dadurch wird die Sicherheit verbessert.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird die Drehzahl des Hauptspindelmotors zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall feststellt, als Referenz genommen. Eine Zunahme des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls gemäß einer maximal zulässigen Zunahme gegen diese Drehzahl wird vorab als zulässiger Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme eingestellt. Der durch das Addieren des zulässigen Werts der Geschwindigkeitsbefehlszunahme zu der Drehzahl des Hauptspindelmotors zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit den Stromausfall feststellt, erhaltene Wert wird als Drehzahlbefehls-Obergrenzwert des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls eingestellt. Dadurch kann der Hauptspindelmotor wirksamer und sicherer geregelt werden, und die Zunahme der Gleichspannung des Gleichstrom-Zwischenkreises kann verhindert werden.
Ist die Werkzeugmaschine eine Drehbank, so kann gemäß der sechsten Ausführungsform eine zusätzliche Sicherheit wirksam erzielt werden, indem der Drehzahlbefehls-Obergrenzwert oder der zulässige Wert der Geschwindigkeitszunahme abhängig vom Typ des Werkstücks verändert wird.
Wird gemäß der siebten Ausführungsform der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Zugspindelmotor-Wechselrichter ausgegeben und wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter ausgegeben, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit einen Stromausfall erkennt, so wird ein Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl zum Regeln des Zugspindelmotor-Wechselrichters ausgegeben, damit das Drehmoment des Zugspindelmotors gegenüber dem aktuellen Drehmoment verringert wird, und zwar für den Fall, dass der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den Drehzahlbefehls-Obergrenzwert erreicht. Damit kann die Zunahme der Gleichspannung des Gleichstrom-Zwischenkreises verhindert werden.
Erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit gemäß der achten Ausführungsform einen Stromausfall, so wird der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder der Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl nicht an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter ausgegeben, falls eine Positionsregelung der Hauptspindel vorgenommen wird. Dadurch wird die Positionsregelung fortgeführt, und die Synchronizität zwischen der Hauptspindel und einer Welle, die eine Interpolationsoperation vornimmt, wird nicht beeinträchtigt. Daher treten Probleme wie eine ernsthafte Beschädigung des Werkstücks und des Werkzeugs nicht auf.

Claims

Steuervorrichtung (100) einer Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor (2) zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor (3) zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist, wobei die Steuervorrichtung (100) umfasst: einen Gleichrichter (11), der eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung auf einer Wechselstromversorgungsseite (4) und einer Gleichspannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreis vornimmt, der eine Gleichstromseite darstellt; einen Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Zugspindelmotors (2) vornimmt, damit der Zugspindelmotor (2) mit Antriebsleistung versorgt wird; einen Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors (3) vornimmt, damit der Hauptspindelmotor (3) mit Antriebsleistung versorgt wird; eine Stromausfall-Erkennungseinheit (14), die das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite (4) des Gleichrichters (11) erkennt; eine Spannungs-Erkennungseinheit (15), die die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis erkennt; und eine Steuereinheit (16), die einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgibt, der den Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors so steuert, dass der Zugspindelmotor (2) abgebremst wird, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (16) einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl ausgibt, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) beschleunigt, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit (15) erfasste Gleichspannung größer ist als ein vorbestimmter oberer Grenzwert, und einen Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) verzögert, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit (15) erfasste Gleichspannung geringer ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, der kleiner ist als der vorbestimmte obere Grenzwert.
Steuervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (16) einen Hauptspindelmotor-Stromabschaltbefehl ausgibt, der den Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so steuert, dass die Zufuhr von Antriebsleistung zum Hauptspindelmotor (3) unterbrochen wird, wenn die von der Spannungs-Erkennungseinheit (15) erfasste Gleichspannung größergleich dem vorbestimmten unteren Grenzwert und kleinergleich dem vorbestimmten oberen Grenzwert ist.
Steuervorrichtung (200) für eine Werkzeugmaschine, die einen Zugspindelmotor (2) zum Antreiben einer Zugspindel und einen Hauptspindelmotor (3) zum Antreiben einer Hauptspindel aufweist, wobei die Steuervorrichtung (200) umfasst: einen Gleichrichter (11), der eine bidirektionale Umsetzung zwischen einer Wechselspannung auf einer Wechselstromversorgungsseite (4) und einer Gleichspannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreis vornimmt, der eine Gleichstromseite darstellt; einen Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Zugspindelmotors (2) vornimmt, damit der Zugspindelmotor (2) mit Antriebsleistung versorgt wird; einen Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors, der eine bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und einer Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors (3) vornimmt, damit der Hauptspindelmotor (3) mit Antriebsleistung versorgt wird; eine Stromausfall-Erkennungseinheit (14), die das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite (4) des Gleichrichters (11) erkennt; eine Leistungs-Berechnungseinheit (17), die den Leistungsverbrauch im Zugspindelmotor (2) berechnet; eine Steuereinheit (18), die einen Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl ausgibt, der den Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors so steuert, dass der Zugspindelmotor (2) abgebremst wird, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (18) einen Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl ausgibt, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) beschleunigt, wenn die von der Leistungs-Berechnungseinheit (17) berechnete Leistungsaufnahme negativ ist, und einen Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl, damit der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors so gesteuert wird, dass er den Hauptspindelmotor (3) verzögert, wenn die von der Leistungs-Berechnungseinheit (17) berechnete Leistungsaufnahme positiv ist.
Steuervorrichtung (200) nach Anspruch 3, wobei, die Steuereinheit (18) als Hauptspindelmotor-Ausgabegrenzwert dem von der Leistungs-Berechnungseinheit (17) berechneten Leistungsverbrauch ausgibt, und der Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors die bidirektionale Umsetzung zwischen der Gleichspannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreis und der Wechselspannung auf der Seite des Hauptspindelmotors (3) gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl vornimmt, bis die Gesamtmenge der Wechselstromleistung, die die bidirektionale Umsetzung des Hauptspindelmotor-Wechselrichters (13) gemäß dem Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder dem Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl erzeugt, den Hauptspindelmotor-Ausgabegrenzwert erreicht.
Steuervorrichtung (200) nach Anspruch 3 oder 4, wobei für jeden Zugspindelmotor (2) ein Zugspindelmotor-Wechselrichter (12) vorhanden ist, und die von der Leistungs-Berechnungseinheit (17) berechnete Leistungsaufnahme dadurch gewonnen wird, dass die Leistungsaufnahme in allen Zugspindelmotoren (2) summiert wird.
Steuervorrichtung (100, 200) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl als oberen Grenzwert des Drehzahlbefehls den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl zu einem Zeitpunkt enthält, zu der eine maximale Drehgeschwindigkeit oder eine maximale für den Hauptspindelmotor (3) zulässige Umdrehungsanzahl erreicht ist.
Steuervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 6, wobei die vom Hauptspindelmotor (3) angetriebene Hauptspindel eine Welle ist, die ein Werkstück hält und dreht, und der obere Grenzwert des Drehzahlbefehls gemäß der Art des Werkstücks eingestellt wird, das von der Hauptspindel gehalten wird.
Steuervorrichtung (100, 200) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei einer Drehgeschwindigkeit des Hauptspindelmotors (3) zu einem Zeitpunkt, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) den Stromausfall als Referenz erkennt, die Zunahme des Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehls entsprechend zu einem maximal zulässigen Zuwachs gegenüber der Drehgeschwindigkeit als zulässiger Wert der Drehgeschwindigkeitszunahme eingestellt wird, und der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl als oberen Grenzwert des Geschwindigkeitsbefehls einen Wert enthält, den man durch Addieren des zulässigen Werts der Drehgeschwindigkeitszunahme zu der Drehzahl des Hauptspindelmotors (3) zu dem Zeitpunkt erhält, zu dem die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) den Stromausfall erkennt.
Steuervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 8, wobei die vom Hauptspindelmotor (3) angetriebene Hauptspindel eine Welle ist, die ein Werkstück hält und dreht, und der zulässige Wert der Geschwindigkeitsbefehlszunahme gemäß der Art des Werkstücks eingestellt wird, das von der Hauptspindel gehalten wird.
Steuervorrichtung (100, 200) nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, wobei, wenn der Zugspindelmotor-Verzögerungsbefehl an den Wechselrichter (12) des Zugspindelmotors ausgegeben wird, und der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl an den Wechselrichter (13) des Hauptspindelmotors ausgegeben, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (16, 18) einen Zugspindelmotor-Drehmomentbegrenzungsbefehl zum Steuern des Zugspindelmotor-Wechselrichters (12) ausgibt, damit das Drehmoment des Zugspindelmotors (2) gegenüber einem aktuellen Drehmoment verringert wird, wenn der Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl den oberen Grenzwert des Geschwindigkeitsbefehls erreicht.
Steuervorrichtung (100, 200) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei, wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit (14) einen Stromausfall erkennt, die Steuereinheit (16, 18) den Hauptspindelmotor-Beschleunigungsbefehl oder den Hauptspindelmotor-Verzögerungsbefehl nicht an den Hauptspindelmotor-Wechselrichter (13) ausgibt, wenn eine Positionsregelung der Hauptspindel vorgenommen wird.