DE102014010314B4

DE102014010314B4 - Motorsteuerung einer Werkzeugmaschine mit Stromausfallschutz

Info

Publication number: DE102014010314B4
Application number: DE102014010314.5A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Tajima Daisuke
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: US20150021060A1; CN104300871B; DE102014010314A1; JP2015022402A; JP5746276B2; CN104300871A; US9248539B2

Abstract

Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor (2) zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor (3) zum Antreiben einer Hauptwelle, wobei die Steuereinrichtung (1) folgendes aufweist:
einen Konverter (11), der wechselseitig Strom zwischen Wechselstrom auf einer Wechselstromversorgungsseite und Gleichstrom eines Gleichstromanschlusses auf einer Gleichstromseite wandelt;
einen Vorschubwellenmotor-Inverter (12), der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der als elektrische Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie für den Vorschubwellenmotor (2) dient, wandelt;
einen Hauptwellenmotor-Inverter (13), der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der als Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie für den Hauptwellenmotor (3) dient, wandelt;
eine Stromausfall-Detektoreinheit (14), die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters (11) detektiert;
eine Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit (21), die einen Vorschubwellenmotor-Bremsbefehl ausgibt zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter (12), um so den Vorschubwellenmotor (2) abzubremsen, wenn die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert;
eine Feststellungseinheit (31), die feststellt, ob ein Betrieb des Vorschubwellenmotors (2) eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt; und
eine Anregungsbefehlseinheit (32), die einen Anregungsstrombefehl ausgibt zur Abgabe eines Anregungsstromes von dem Hauptwellenmotor-Inverter (13) an den Hauptwellenmotor (3), der größer ist als ein durch eine Master-Steuereinheit instruierter Anregungsstrom, wenn die Feststellungseinheit (31) feststellt, dass die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt ist, wobei
es sich bei der vorgegebenen Feststellungsbedingung um zumindest eine der folgenden handelt: eine Bedingung, dass die Vorschubwelle in einem Betriebszustand „schnelle Traverse“ (schneller Übergang) bewegt wird; eine Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als eine vorgegebener Wert; und der Bedingung, dass die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor zum Antreiben einer Hauptwelle, und insbesondere eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, bei der von einer Wechselstromquelle eingespeister Wechselstrom in abzugebenden Gleichstrom umgewandelt wird und danach der Gleichstrom in Wechselstrom zum Antreiben eines Motors umgewandelt wird, sodass die Wechselstromenergie zum Antreiben dem Vorschubwellenmotor und dem Hauptwellenmotor zugeführt wird.
Zum Stand der Technik
Bei einer Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor und einem Hauptwellenmotor wird der Hauptwellenmotor als Antriebsquelle für eine Hauptwelle eingesetzt, auf der ein Werkzeug (verschiedene Werkzeuge) montiert ist, und der Vorschubwellenmotor wird als Antriebsquelle für eine Vorschubwelle eingesetzt, welche die Hauptwelle bzw. ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt. Bei der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine wird mit Blick auf die Anpassungsfähigkeit der Steuerung von einer drei-phasigen Wechselstromquelle eingegebener Wechselstrom zeitweise in Gleichstrom umgewandelt und danach der Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt und der Wechselstrom wird zum Antreiben eines Motors eingesetzt, der für jede der Antriebswellen (Hauptwelle und Vorschubwelle) vorgesehen ist.
Eine Steuerung in einer Werkzeugmaschine ist versehen mit einem Konverter - als Hauptschaltkreis -, der von der drei-phasigen Wechselstromquelle eingegebenen Wechselstrom wandelt (gleichrichtet), um Gleichstrom abzugeben, und mit Invertern, die mit einem Gleichstromanschluss als Gleichstromseite des Konverters verbunden sind, und wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom am Gleichstromanschluss und Wechselstrom als elektrischer Antriebsenergie oder regenerativer elektrischer Energie des Motors wandeln. Weil die Steuerung den Wechselstromausgang von jedem Inverter auf eine gewünschte Spannung und eine gewünschte Frequenz steuert, ist es möglich, die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Hauptwellenmotors und des Vorschubwellenmotors, die mit der Wechselstromseite jedes der Inverter verbunden sind, oder die Position eines Rotors zu steuern.
Unter Berücksichtigung der Anforderungen nach Energieeinsparung sind die Inverter vielfach in der Lage, elektrische Energie zu regenerieren, um regenerative elektrische Energie, die beim Abbremsen des Motors generiert wird, in einem elektrischen Speicher zu speichern, der an einem Gleichstromanschluss vorgesehen ist, um damit elektrische Antriebsenergie für einen Motor wiederzugewinnen oder regenerative elektrische Energie auf die Wechselstromseite rückzuführen.
Häufig wird ein Konverter für mehrere Inverter vorgesehen, um die Kosten und dem Bauraum einer Motorsteuerung für eine Werkzeugmaschine zu reduzieren. So wie die Inverter können auch Konverter in der Lage sein, elektrische Energie zu regenerieren, insbesondere können sie in der Lage sein, beim Bremsen des Motors erzeugte regenerative Energie auf die Wechselstromseite rückzuführen, um so energiesparend zu wirken.
Tritt ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite eines Konverters in einer Motorsteuereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf, kann der normale Betrieb des Vorschubwellenmotors und des Hauptwellenmotors nicht aufrechterhalten werden. Deshalb können Probleme, wie Beschädigungen oder Deformationen auftreten, zum Beispiel durch Kollision, an der Antriebswelle, am Motor, an der Motorsteuerung zum Antreiben des Motors, an einem Werkzeug, einem Werkstück, einer Produktionslinie etc.
Um Zusammenstöße zum Beispiel der Antriebswelle bei Stromausfall auf der Wechselstromseite zu vermeiden, ist es erforderlich, den Betrieb des Vorschubwellenmotors so schnell als möglich zu stoppen. Deshalb wird eine Stromausfallfeststelleinheit auf der Wechselstromversorgungsseite eines Gleichrichters vorgesehen, um das Vorhandensein oder das Fehlen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite festzustellen. Bei einem Stromausfall wird ein Bremsbefehl an den Vorschubwellenmotor gegeben, um diesen so zu stoppen und so die oben genannten Probleme zu vermeiden oder zu minimieren. Auf diese Weise wird ein Schutzbetrieb zum Schützen der Hauptwelle, die von dem Hauptwellenmotor angetrieben wird, sowie eines mit dem Motor verbundenen Werkzeuges, oder eines von dem Werkzeug bearbeiteten Werkstückes erreicht. Wird die Stromversorgung einer Computereinheit der Steuereinrichtung durch ein nicht zu unterbrechendes Stromversorgungssystem (UPS) oder dergleichen gestützt, bleibt die Steuerung in der Lage, einen Befehl an den Inverter des Vorschubwellenmotors zu geben, der einen Notfallbetrieb anzeigt. Es ist dann möglich, den Inverter des Vorschubwellenmotors für eine Weile mit elektrischer Energie zu betreiben, die in einem im Konverter vorgesehenen Kondensator akkumuliert ist und so ist es möglich, die Notfall-Abbremsung des Vorschubwellenmotors durchzuführen.
In der JP H07- 143 780 A wird ein Verfahren zur Notfall-Abbremsung eines Motors bei Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite beschrieben, wobei der Motor in einem sehr frühen Stadium dadurch abgestoppt wird, dass aktiv ein Umkehrdrehmoment beim Bremsen des Motors erzeugt wird.
Wenn die beispielhaft in der JP H07- 143 780 A beschriebene Technik, bei der bei Stromausfall auf der Wechselstromseite ein Bremsbefehl an den Vorschubwellenmotor abgegeben wird, um einen Not-Stop des Vorschubwellenmotors einzuleiten, bei einem Motorantrieb eingesetzt wird mit einer Funktion zum Regenerieren elektrischer Energie, die beim Abbremsen des Motors auf der Wechselstromseite erzeugt wird, ist es nicht möglich, bei Stromausfall die regenerative elektrische Energie auf die Wechselstromversorgungsseite rückzuführen. Deshalb steigt die Gleichspannung an dem Gleichstromanschluss zwischen dem Konverter und dem Inverter an. Dieser Effekt ist relevant wenn die regenerative elektrische Energie groß ist. Deshalb gibt üblicherweise ein Inverter einen „Überspannungsalarm“ ab, um den Inverter selbst zu schützen, wenn die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss auf der Gleichspannungsseite des Inverters zu groß wird, und die Steuerung wird ausgesetzt. In diesem Falle ist es unmöglich einen Not-Stop des Motors durch aktive Erzeugung eines Umkehrdrehmomentes beim Abbremsen durchzuführen. Im Ergebnis dauert es dann einige Zeit bis der Motor nach einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite stoppt, was zu Problemen führen kann. Beispielsweise bezüglich des oben beschriebenen Vorschubwellenmotors ist es dann nicht möglich, eine Kollision zu vermeiden.
Es gibt Fälle, in denen es erforderlich ist, weiter elektrische Antriebsenergie von einem Vorschubwellenmotor -Inverter an einen Vorschubwellenmotor zu liefern, auch wenn der Vorschubwellenmotor abgebremst wird, in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Vorschubwellenmotors oder der Reibung der von dem Vorschubwellenmotor angetriebenen Vorschubwelle. In diesem Fall wird keine regenerative elektrische Energie im Vorschubwellenmotor erzeugt, auch wenn dieser abgebremst wird. Deshalb liefert der Vorschubwellenmotor-Inverter keine Energie an den Gleichstromanschluss. Der Vorschubwellenmotor-Inverter wandelt Gleichstorm des Gleichstromanschlusses in Wechselstrom und liefert den Wechselstrom an den Vorschubwellenmotor. Wenn in diesem Zustand ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auftritt und ein Bremsbefehl für einen Not-Stop, wie oben beschrieben, ausgegeben wird, nimmt die Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss schnell ab. Der Inverter gibt dann einen „Unterspannungsalarm“ weil eine zu geringe Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss auf der Gleichspannungsseite des Inverters, es diesem unmöglich macht, elektrische Energie zum Antrieb zu liefern. Deshalb geht die Steuerung verloren. In solchen Fällen ist es unmöglich, einen Not-Stop des Motors durch aktive Erzeugung eines Umkehrdrehmomentes beim Abbremsen durchzuführen. Deshalb braucht es Zeit, bis der Motor nach einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite stoppt, was zu Problemen führen kann. Tritt ein solches Problem zum Beispiel bei dem oben beschriebenen Vorschubwellenmotor auf, ist es nicht möglich, eine Kollision der Vorschubwelle immer zu vermeiden.
Um diese Probleme zu vermeiden, könnte eine Anordnung in Erwägung gezogen werden, bei der die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss überwacht wird und dann, wenn die Gleichspannung ansteigt könnte der Hauptwellenmotor zum Energieverbrauch um einen Betrag beschleunigt werden, welcher einem Anstieg im Gleichstrom an der Gleichspannungsquelle entspricht, was ja der Grund ist für den Anstieg der Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle, wodurch der Anstieg in der Gleichspannung unterdrückt würde. Wenn aber die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss abfällt, wird regenerative elektrische Energie durch Abbremsung des Hauptwellenmotors zur Kompensation um einen Betrag entsprechend dem Abfall des Gleichstromes an dem Gleichspannungsanschluss geliefert, was ein Grund ist für den Abfall der Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss, wodurch der Abfall des Gleichstromes an dem Gleichspannungsanschluss unterdrückt wird. Wenn es sich bei dem Hauptwellenmotor aber um einen Induktionsmotor handelt, wird bei geringer Last der Anregungsstrom zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Allgemeinen abgeschwächt, um die Wärmeentwicklung in dem Hauptwellenmotor (Induktionsmotor) zu verringern. Wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite in einem Zustand auftritt, in dem der Anregungsstrom abgeschwächt ist und die kinetische Energie der Vorschubwelle groß ist, ist es nicht möglich, die Beschleunigung und die Abbremsung mit maximaler Leistung mit geringer Verzögerung zu steuern. Wenn deshalb der Hauptwellenmotor ein Induktionsmotor ist, kann es unmöglich werden, einen scharfen Anstieg oder Abfall der Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss bei Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite zu vermeiden.
Das Dokument US 2004 / 0 012 277 A1 offenbart einen Schwungmassespeicher zur Stabilisierung eines Gleichspannungsnetzes. Hierbei wird eine Feldstromregelung der Antriebsmaschine der Schwungmasse insbesondere auch im Ladebetrieb des Schwungmassespeichers auf eine Flussoptimierung hin ausgerichtet, sodass eine Eigenleistung maximiert wird.
Das Dokument DE 10 2011 014 951 A1 offenbart eine Notabschaltung für eine Werkzeugmaschine, welche insbesondere auch eine regenerative Bremsung einzelner Achsen umfasst. Hierbei werden im Falle eines festgestellten Leistungsabfalls einer Eingangsleistungsversorgung einzelne Servomotoren abgebremst, während sich diese in einem kontrollierten Zustand befinden und die Energieversorgung eines Verstärkermotors unterbrochen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der obigen Probleme ist es ein Ziel der Erfindung, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen mit einem Vorschubwellenmotor zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor zum Antreiben einer Hauptwelle, und einer Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine, die es ermöglicht, den Vorschubwellenmotor zuverlässig und frühzeitig zu stoppen wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auftritt und dabei Wärmentwicklung am Hauptwellenmotor im Normalbetrieb weitgehend zu vermeiden. Um das genannte Ziel zu erreichen, ist eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor zum Antreiben einer Hauptwelle mit folgendem versehen: einer Feststellungseinheit zum Feststellen, ob ein Betrieb des Vorschubwellenmotor eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt; und eine Anregungsbefehlseinheit, die einen Anregungsstrombefehl abgibt, damit ein Anregungsstrom abgegeben wird, der größer ist als ein Anregungsstrom, der gemäß einer Instruktion einer Mastersteuereinheit an den Hauptwellenmotor abgegeben wird, wenn die Feststellungseinheit feststellt, dass die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt ist.
Bei der vorgegebenen Feststellungsbedingung kann es sich zumindest um eine der folgenden handeln: eine Bedingung, wonach die Vorschubwelle schnellstmöglich bewegt wird; eine Bedingung, wonach die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert; und eine Bedingung, wonach eine Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine kann weiterhin mit folgendem versehen sein: einem Konverter, der wechselseitig Strom (Energie) zwischen Wechselstrom auf einer Wechselstromversorgungsseite und Gleichstrom (Energie) eines Gleichstromanschlusses als Gleichstromseite konvertiert (wandelt); einen Vorschubwellenmotor-Inverter, der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom (Energie) zwischen Gleichstrom des Gleichspannungsanschlusses und Wechselstrom (Energie), welcher für den Vorschubwellenmotor die elektrische Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie von diesem darstellt, konvertiert; einen Hauptwellenmotor-Inverter, der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom (Energie) zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie des Hauptwellenmotors darstellt, konvertiert; eine Stromausfall-Detektoreinheit, die das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters detektiert; eine Spannungsdetektoreinheit, die einen Gleichspannungswert an dem Gleichspannungsanschluss detektiert; eine Vorschubmotor-Abbremsbefehlseinheit, die einen Bremsbefehl für den Vorschubwellenmotor abgibt, um die wechselseitige Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter so zu steuern, dass der Vorschubwellenmotor abgebremst wird wenn die Stromausfall-Detektoreinheit einen Stromausfall detektiert; eine Befehlseinheit zum Abgeben eines Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehls oder eines Hauptwellenmotor-Abbremsbefehls, um die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter so zu steuern, dass der Hauptwellenmotor entsprechend dem Gleichspannungswert, der durch die Spannungsdetektoreinheit detektiert ist, beschleunigt bzw. abgebremst wird wenn die Stromausfall-Detektoreinheit einen Stromausfall detektiert; und eine Stromversorgungsunterstützungseinheit, die elektrische Antriebsenergie an eine Steuereinheit für den Inverter des Vorschubwellenmotors liefert, um die wechselseitige Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter zu steuern, und an eine Steuereinheit für den Hauptwellenmotor-Inverter zum Steuern der wechselseitigen Wandlung durch den Hauptwellenmotor-Inverter, wenn die Stromausfall-Detektoreinheit einen Stromausfall detektiert. Die Feststellungseinheit bestimmt, ob der Betriebszustand des Vorschubwellenmotors die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt, unabhängig von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines von der Stromausfall-Detektoreinheit detektierten Stromausfalls.
Detektiert die Stromausfall-Detektoreinheit einen Stromausfall kann die Befehlseinheit für die Beschleunigung/Abbremsung des Hauptwellenmotors einen Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl abgeben, um die wechselseitige Energiekonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter so zu steuern, dass der Hauptwellenmotor beschleunigt wird wenn der mit der Spannungsdetektoreinheit detektierte Gleichspannungswert größer ist als der vorgegebene obere Grenzwert, und um einen Bremsbefehl für den Hauptwellenmotor abzugeben und so die wechselseitige Energiekonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter derart zu steuern, dass der Hauptwellenmotor abgebremst wird wenn der mit der Spannungsdetektoreinheit detektierte Gleichspannungswert kleiner ist als ein vorgegebener unterer Grenzwert, wobei der vorgegebene untere Grenzwert kleiner ist als der vorgegebene obere Grenzwert.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine kann weiterhin mit einer CNC-Einheit (Computer Numerical Control, computernumerische Steuerung) versehen sein, die Betriebsbefehle bezüglich der Vorschubwelle und der Hauptwelle abgibt. Die obigen Feststellungseinheiten und die Anregungsbefehlseinheiten können in der CNC-Einheit integriert sein.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine kann weiterhin mit folgendem versehen sein: einer Steuereinheit für den Hauptwellenmotor-Inverter zur Steuerung der wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter; und eine computernumerische Steuereinheit, die Betriebsbefehle bezüglich der Vorschubwelle und der Hauptwelle ausgibt. Die Anregungsbefehlseinheit kann in der Steuereinheit für den Hauptwellenmotor-Inverter untergebracht sein. Die genannte Feststellungseinheit kann in der computernumerischen Steuereinheit angeordnet sein und kann die in der Steuereinheit für den Hauptwellenmotor-Inverter untergebrachte Anregungsbefehlseinheit unterrichten, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt.
Figurenliste
Die Erfindung wird noch deutlicher durch die nachfolgende Beschreibung mit Blick auf die Figuren:

1 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Anregungsstrombefehls in der Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Anregungsstrombefehls in der Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Bremsbefehls für einen Vorschubwellenmotor, eines Beschleunigungsbefehls für einen Hauptwellenmotor, und eines Bremsbefehls für eine Hauptwellenmotor in der Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen.

Beschreibung im Einzelnen
1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend haben Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren jeweils die gleichen Funktionen, wenn es nicht ausdrücklich anders erläutert ist. Die Anzahl der dargestellten Vorschubwellenmotoren 2 und die Anzahl der dargestellten Hauptwellenmotoren 3 ist nur beispielhaft und stellt keine Beschränkung bezüglich der Erfindung dar.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Steuereinrichtung 1 für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor 2 zum Antreiben von Vorschubwellen und mit einem Hauptwellenmotor 3 zum Antreiben einer Hauptwelle mit einem Konverter 11 versehen, sowie mit Vorschubwellenmotor-Invertern 12, einem Hauptwellenmotor-Inverter 13, einer Stromausfall-Detektoreinheit 14, einer Spannungsdetektoreinheit 15, einer Einheit 18 einer computernumerischen Steuerung (CNC) als Steuereinheit, einer Stromversorgungsunterstützungseinheit 17, einem Kommunikationsbus 18 als Kommunikationseinheit, einer Einheit 21 zum Abgeben eines Bremsbefehls für den Vorschubwellenmotor, einer Einheit 22 zum Abgeben eines Befehls für Beschleunigung/Bremsung des Hauptwellenmotors, einer Feststellungseinheit 31, und einer Anregungsbefehlseinheit 32. Beim ersten Ausführungsbeispiel sind die Feststellungseinheit 31 und die Anregungsbefehlseinheit 32 in der CNC-Einheit 16 untergebracht.
Der Konverter 11, die Vorschubwellenmotor-Inverter 12, und der Hauptwellenmotor-Inverter 13 sind miteinander über eine Gleichstromverbindung verbunden. Der Kommunikationsbus 18 hat als Kommunikationseinheit die Funktion, folgende Komponenten zu verbinden: eine Konverter-Steuereinheit 11C im Konverter 11, Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheiten 12c in den Vorschubwellenmotor-Invertern 12, eine Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13c in dem Hauptwellenmtor-Inverter 13, und die CNC-Einheit 16, sodass diese Komponenten miteinander kommunizieren können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationseinheit durch ein verdrahtetes System implementiert, wie den Kommunikationsbus 18. In Abwandlung kann auch die Kommunikationseinheit drahtlos implementiert sein durch zum Beispiel Radiowellen oder Infrarotstrahlung.
Der Konverter 11 ist ein Gleichrichter, der in der Lage ist, von der kommerziellen drei-phasigen Wechselstromquelle 4 gelieferten Wechselstrom gleichzurichten und bei Bedarf Gleichstrom abzugeben und weiterhin ist der Gleichrichter in der Lage, im Betriebszustand einer Regeneration durch einen Motor regenerierte Energie über einen Gleichstrommotor auf der Wechselstromversorgungsseite rückzuführen. Im Einzelnen ist also der Konverter 11 eingerichtet, wechselseitig Energie zu wandeln zwischen Wechselspannung auf der drei-phasigen Wechselstromversorgungsseite und Gleichspannung des Gleichspannungsanschlusses auf der Gleichspannungsseite. Beispiele für einen Konverter 11 sind eine Gleichrichterschaltung mit 120-Grad Bestromung und ein PWM-gesteuerter Gleichrichterkreis.
Der Vorschubwellenmotor-Inverter 12 hat einen Konversionsschaltkreis (nicht gezeigt), der mit einem Schaltelement darin versehen ist, und eine Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12c zum Steuern des Konversionsschaltkreises, wie einem PWM-Inverter. Die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12c im Vorschubwellenmotor-Inverter 12 veranlasst das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis Schaltoperationen auszuführen, und zwar auf Basis eines über den Kommunikationsbus 18 von der CNC-Einheit 16 empfangenen Motor-Antriebsbefehls, und konvertiert Gleichstrom, der von der Gleichstromanschlussseite geliefert wird, in drei-phasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und Frequenz zum Antreiben des Vorschubwellenmotors 2. Der Vorschubwellenmotor 2 wird auf Basis des bereitgestellten, in Spannung und Frequenz variablen drei-phasigen Wechselstroms betrieben. Die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12c veranlasst das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis, Schaltoperationen auszuführen, und zwar auf Basis eines von der CNC-Einheit 16 über den Kommunikationsbus 18 empfangenen Motorantriebsbefehls, konvertiert beim Bremsen des Vorschubwellenmotors 2 generierte regenerative elektrische Energie in Gleichstrom und führt den Gleichstrom zum Gleichstromanschluss zurück. Auf diese Weise führt der Vorschubwellenmotor-Inverter 12 wechselseitige Stromwandlungen durch zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der elektrische Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie des Vorschubwellenmotors 2 ist.
Der Hauptwellenmotor-Inverter 13 hat einen Konversionsschaltkreis (nicht gezeigt) mit einem Schaltelement darin und einer Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C zum Steuern des Konversionsschaltkreises, wie einen PWM-Inverter. Die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C im Hauptwellenmotor-Inverter 13 veranlasst das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis Schaltoperationen auszuführen, und zwar auf Basis eines über den Kommunikationsbus 18 von der CNC-Einheit 16 empfangenen Motorantriebsbefehls, und wandelt von der Gleichstromanschlussseite gelieferten Gleichstrom in drei-phasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben des Hauptwellenmotors 3. Der Hauptwellenmotor 3 wird auf Basis des bereitgestellten, in Spannung und Frequenz variablen drei-phasigen Wechselstroms betrieben. Die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C veranlasst das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis Schaltoperationen auszuführen, und zwar auf Basis eines über den Kommunikationsbus 18 von der CNC-Einheit 16 empfangenen Motorantriebsbefehls, konvertiert beim Bremsen des Hauptwellenmotors 3 erzeugte regenerative elektrische Energie in Gleichstrom, und führt den Gleichstrom zum Gleichstromanschluss. Auf diese Weise leistet der Hauptwellenmotor-Inverter 13 wechselseitige Wandlung zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der Antriebsstrom ist oder regenerative elektrische Leistung des Hauptwellenmotors 3.
Die Stromausfall-Detektoreinheit 14 ist beispielsweise in der Konvertersteuereinheit 11C untergebracht und eingerichtet, das Vorhandensein oder Fehlen eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters zu detektieren. Die Detektion des Vorhandenseins oder Fehlens eines Stromausfalls mit der Stromausfall-Detektoreinheit 14 kann in herkömmlicher Weise erfolgen, unter Verwendung einer Variation des Wechselspannungswertes, des Wechselstromwertes, oder der Wechselstromfrequenz auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters 11. Die Konvertersteuereinheit 11C ist eingerichtet, über den Kommunikationsbus 18 ein Detektor-Signal bezüglich des Vorhandseins oder Fehlens eines Stromausfalls über die Stromausfall-Detektoreinheit 14 an die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C, die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C, und die CNC-Einheit 16 zu übertragen.
Die Spannungsdetektoreinheit 15 ist in der CNC-Einheit 16 untergebracht und eingerichtet, einen Gleichspannungswert an dem Gleichspannungsanschluss zu detektieren. In Abwandlung kann die Spannungsdetektoreinheit 15 auch im Vorschubwellenmotor-Inverter 12 oder in dem Hauptwellenmotor-Inverter 13 untergebracht sein. In einer anderen Abwandlung kann ein detektierter Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses an die CNC-Einheit 16 über den Kommunikationsbus 18 übertragen werden.
Die CNC-Einheit 16 ist eingerichtet, einen Motorantriebsbefehl zu erzeugen zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion zwischen dem Vorschubwellenmotor-Inverter 12 und dem Hauptwellenmotor-Inverter 13, um so den Vorschubwellenmotor 2 und den Hauptwellenmotor 3 mit einer gewünschten Drehgeschwindigkeit oder mit einem gewünschten Drehmoment, das geeignet ist für die Werkzeugmaschine, zu drehen, oder um die Position des Rotors zu steuern. Im Einzelnen erzeugt die CNC-Einheit 16 für jeden der Motoren entsprechend dem Betriebsprogramm entsprechend der Werkzeugmaschine einen Motorantriebsbefehl unter Verwendung einer Rückkoppelsteuerung (in einigen Fällen auch einschließlich einer Vorwärtsvorschub-Steuerung) hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit des Vorschubwellenmotors 2 und des Hauptwellenmotors 3 und der Position des Rotors, sowie unter Verwendung von weiteren Parametern, wie unterschiedlichen Motorkonstanten, Trägheitsmomenten des Motors, Reibungswerten des Vorschubwellenmotors 2 und des Hauptwellenmotors 3, und Trägheitsmomenten und Reibungen hinsichtlich der durch den Vorschubwellenmotor 2 angetriebenen Vorschubwelle und der durch den Hauptwellenmotor 3 angetriebenen Hauptwelle. Die erzeugten Motorantriebsbefehle werden über den Kommunikationsbus 18 zur Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C und zur Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C über übertragen. Die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C bzw. die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C veranlassen die Schaltelemente in den Konversionsschaltkreisen des Vorschubwellenmotor-Inverters 12 und des Hauptwellenmotor-Inverters 13, Schaltoperationen entsprechend den empfangenen Motor-Antriebsbefehlen auszuführen und die wechselseitige Stromkonversion zwischen dem Vorschubwellenmotor-Inverter 12 und dem Hauptwellenmotor-Inverter 13 zu steuen. Auf diese Weise dient die CNC-Einheit 16 als eine Master-Steuereinheit bezüglich der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C und der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C.
Beim ersten Ausführungsbeispiel enthält die CNC-Einheit 16 die Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit 21, die Hauptwellenmotor-Beschleunigung/Bremsung-Befehlseinheit 22, die Feststellungseinheit 31 und die Anregungsbefehlseinheit 32.
Auf den Empfang einer Mitteilung eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite durch die Stromausfall-Detektoreinheit 14 über den Kommunikationsbus 18, erzeugt die Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit 21 in der CNC-Einheit 16 einen Vorschubwellenmotor -Bremsbefehl zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter 12, um so den Vorschubwellenmotor 2 zu bremsen. Der erzeugte Vorschubwellenmotor-Bremsbefehl wird über den Kommunikationsbus 18 an die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12c übertragen. Bei Empfang des Vorschubwellenmotor-Bremsbefehls steuert die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis des Vorschubwellenmotor-Inverters 12, um im Vorschubwellenmotor 2 ein Bremsdrehmoment zu erzeugen. Durch diese Operation wird der Vorschubwellenmotor 2 gebremst und dann gestoppt.
Auf den Empfang einer Mitteilung eines Stromausfalls auf der Wechelstromversorgungsseite durch die Stromausfall-Detektoreinheit 14 über den Kommunikationsbus 18 erzeugt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit in der CNC-Einheit 16 einen Beschleunigungsbefehl oder einen Bremsbefehl für den Hauptwellenmotor zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13, um so den Hauptwellenmotor 3 entsprechend dem Gleichspannungswert, der durch die Spannungsdetektoreinheit 15 detektiert wurde, zu Beschleunigen bzw. zu Bremsen.
Im Einzelnen: Ist der Gleichspannungswert, der von der Spannungsdetektoreinheit 15 detektiert wurde, größer als ein vorgegebener oberer Grenzwert, erzeugt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit 22 einen Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13, um so den Hauptwellenmotor 3 zu beschleunigen. Wenn der durch die Spannungsdetektoreinheit 15 detektierte Gleichspannungswert kleiner ist als ein vorgegebener unterer Grenzwert, erzeugt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit 22 einen Hauptwellenmotor-Bremsbefehl zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor 13, um so den Hauptwellenmotor 3 abzubremsen. Der vorgegebene untere Grenzwert ist kleiner als der vorgegebene obere Grenzwert. Der so erzeugte Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl oder der Hauptwellenmotor-Bremsbefehl wird über den Kommunikationsbus 18 an die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C gegeben. Bei Empfang des Hauptwellenmotor-Bremsbefehls verursacht die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C einen Schaltvorgang im Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis des Hauptwellenmotor-Inverters 13 und steuert die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor 13 so, dass der Hauptwellenmotor 3 gebremst wird. Durch diese Operation wird beim Bremsen des Hauptwellenmotors 3 erzeugte regenerative elektrische Wechselstromenergie durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 in Gleichstrom gewandelt und die Gleichstromenergie wird zum Gleichstromanschluss rückgeführt. Im Ergebnis steigt der Gleichspannungswert an dem Gleichspannungsanschluss. Bei Empfang eines Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehls verursacht die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C einen Schaltvorgang im Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis des Hauptwellenmotor-Inverters 13 und steuert die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 so, dass der Hauptwellenmotor 3 beschleunigt wird. Durch diese Operation wird Gleichspannungsenergie an dem Gleichspannungsanschluss durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 in Wechselstromenergie gewandelt. Die Wechselstromenergie wird dem Hauptwellenmotor 3 zugeführt. Deshalb sinkt der Gleichspannungswert an dem Gleichspannungsanschluss.
Eine Abwandlung besteht darin, dass dann, wenn der über den Kommunikationsbus 18 mitgeteilte Gleichspannungswert nicht kleiner ist als der vorgegebene untere Grenzwert und nicht größer als der vorgegebene obere Grenzwert, die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit 22 einen Befehl erzeugen kann zur Steuerung der wechselseitigen Konversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 derart, dass die momentane Geschwindigkeit beibehalten wird und der Befehl kann über den Kommunikationsbus 18 an die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C gegeben werden. Bei dieser Abwandlung erfolgt die Steuerung so, dass die Geschwindigkeit der Hauptwelle beibehalten wird, solange die Gleichspannung nicht ansteigt oder abfällt.
Beim ersten Ausführungsbeispiel und der oben beschriebenen Abwandlung sind die Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit 21 und die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit 22 in der CNC-Einheit 16 angeordnet. Als Abwandlung kann die Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit 21 in der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C angeordnet sein und die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Brems-Befehlseinheit 22 kann in der Hauptwellenmotor-Invertersteureinheit 13C angeordnet sein. Bei dieser Abwandlung erzeugt die Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit 21 in der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C in Reaktion auf den Empfang einer Mitteilung über einen Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite von der Stromausfall-Detektoreinheit 14 über den Kommunikationsbus 18 einen Vorschubwellenmotor-Bremsbefehl zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter 12, um so den Vorschubwellenmotor 2 zu bremsen. Bei Empfang eines Signals über einen Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite durch die Stromausfall-Detektoreinheit 14 über den Kommunikationsbus 18 erzeugt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit 22 in der Hauptwellenmotor-Invertersteuerungseinheit 13C einen Beschleunigungsbefehl bzw. einen Bremsbefehl für den Hauptwellenmotor zum Steuern der wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13, um so den Hauptwellenmotor 3 zu beschleunigen bzw. abzubremsen entsprechend dem mit der Stromdetektoreinheit 15 detektierten Gleichspannungswert.
Die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16 bestimmt, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt. Bei der vorgegebenen Feststellungsbedingung handelt es sich zumindest um eine der folgenden: eine Bedingung, dass die Vorschubwelle schnellstmöglich bewegt wird; eine Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert; und eine Bedingung, dass die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Weitere Einzelheiten der Feststellungsbedingungen werden weiter unten im Zusammenhang mit der Anregungsbefehlseinheit 32 erläutert.
Stellt die Feststellungseinheit 31 fest, dass zumindest eine der vorgegebenen Feststellungsbedingungen erfüllt ist, gibt die Anregungsbefehlseinheit 32 in der CNC-Einheit 16 an die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C über den Kommunikationsbus 18 einen Anregungsstrombefehl, um an den Hauptwellenmotor 3 einen Anregungsstrom abzugeben, der größer ist als der durch die Master-Steuereinheit instruierte Anregungsstrom.
Nunmehr werden die Feststellungsbedingungen, die in der Bestimmungseinheit 31 eingesetzt werden, und der Betrieb der Anregungsbefehlseinheit 32 näher beschrieben. Wenn zumindest eine der nachfolgenden Bedingungen erfüllt ist, nämlich dass die Vorschubwelle mit höchster Geschwindigkeit bewegt wird, die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert und dass die Summe der kinetischen Energien der Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert, erzeugt die Anregungsbefehlseinheit 32 einen Anregungsstrombefehl wie folgt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, dass die Bedingung „wird die Vorschubwelle mit höchster Geschwindigkeit bewegt“ eingesetzt wird als Feststellungsbedingung durch die Feststellungseinheit 31. Handelt es sich bei der Werkzeugmaschine um eine spanabhebende Maschine, wird beispielsweise bei einem Schneidvorgang eine Schneide auf der Hauptwelle montiert, die durch den Hauptwellenmotor 3 angetrieben und gedreht wird und die Schneide wird in einem passenden Bearbeitungspunkt in Bezug auf ein auf der Vorschubwelle montiertes Werkstück positioniert, das mit der Vorschubwelle gedreht wird. Damit wird der gewünschte Schneidvorgang ausgeführt. Wird hingegen kein Schneidvorgang ausgeführt, ist es nicht erforderlich, die Schneide in einer geeigneten Position in Bezug auf ein Werkstück zu positionieren. Beispielsweise kann die Vorschubwelle im schnellstmöglichen Betriebszustand („rapid traverse“) durch den Vorschubwellenmotor 2 bewegt werden, um einen nachfolgenden Bearbeitungsprozess vorzubereiten oder um ein bearbeitetes Werkstück zu entfernen. In dieser Beschreibung wird der Betriebszustand, in dem die Vorschubwelle schnellstmöglich bewegt wird wenn kein Schneidvorgang ausgeführt werden soll, als „schelle Traverse“ (im Sinne von „schnelle Überquerung“) bezeichnet. Die kinetische Energie der im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegten Vorschubwelle ist groß im Vergleich der kinetischen Energie beim Ausführen eines Schneidprozesses. Tritt deshalb ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auf wenn die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegt wird, wird der Vorschubwellenmotor 2 schnell durch den Vorschubwellenmotor-Bremsbefehls abgebremst, der, wie oben beschrieben, von der Vorschubwellenmotor-Abbremseinheit 21 ausgegeben wird. Deshalb wird dann eine große Menge an regenerativer Energie im Vorschubwellenmotor 2 erzeugt. Die so erzeugte regenerative Energie wird durch den Vorschubwellenmoto-Inverter 12 in Gleichstromenergie gewandelt und die Gleichstromenergie wird zum Gleichstromanschluss rückgeführt. Der Gleichspannungswert an dem Gleichspannungsanschluss wird erhöht.
Im Betriebszustand „schnelle Traverse“ (wenn kein Schneidverfahren ausgeführt wird), ist die auf der Hauptwelle montierte Schneide entfernt vom auf der Vorschubwelle montierten Werkstück. Deshalb steht der Hauptwellenmotor 3 nur unter geringer Last im Vergleich mit einem Zustand, mit dem ein Schneidprozess ausgeführt wird. Beim Stand der Technik wird der Anregungsstrom abgeschwächt, um Hitzeerzeugung im Hauptwellenmotor 3 (Induktionsmotor) in diesem Betriebszustand zu vermeiden. Tritt ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite in diesem Zustand mit leichter Last auf, braucht es einige Zeit, einen hinreichenden Anregungsstrom zu erreichen, auch wenn der Anregungsstrom schnell ansteigen soll, um den Hauptwellenmotor 3 schnell zu beschleunigen nach Detektion des Stromausfalls. Dementsprechend ist es bei einer derartigen Anordnung nicht möglich, sofort mit der Vorschubwelle erzeugte regenerative Energie aufzunehmen, um einen Anstieg der Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss zu unterdrücken.
Demgegenüber ergibt beim hiesigen ersten Ausführungsbeispiel die Anregungsbefehlseinheit 32 dann, wenn die Feststellungseinheit 31 feststellt, dass die Vorschubwelle im Zustand „schnelle Traverse“ bewegt wird, über den Kommunikationsbus 18 an die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C einen Änderungsstrombefehl, damit ein Anregungsstrom in den Hauptwellenmotor 3 geht, der größer ist als der von der Master-Steuereinheit (d.h. der CNC-Einheit 16) instruierte Anregungsstrom, unabhängig davon, ob ein Stromausfall vorliegt oder nicht. Durch Betreiben des Hauptwellenmotors 3 mit einem Anregungsstrom größer als der Seitens der Master-Steuereinheit instruierte Anregungsstrom ist es möglich, sofort die beim Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite erzeugte regenerative Energie aufzunehmen wenn die Vorschubwelle im Zustand „schnelle Traverse“ bewegt wird durch schnelle Beschleunigung des Hauptwellenmotors 3. Durch dieses Verfahren ist es möglich, auch dann, wenn ein Stromausfall auf Seiten der Wechselstromversorgungsseite auftritt bei Bewegung der Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“, einen Anstieg des Gleichspannungswertes an dem Gleichspannunganschluss zu unterdrücken. Bei Schneidbetrieb einer Werkzeugmaschine ist im Allgemeinen die Geschwindigkeit der Vorschubwelle gering und deren kinetische Energie nicht groß. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Größe des Anregungsstromes entsprechend der an der Hauptwelle wirkenden Last bei einem Schneidprozess optimiert, um Hitzeerzeugung zu reduzieren. Eine Vergrößerung des Anregungsstromes bezüglich des Hauptwellenmotors kann aber in einem Anstieg der durch den Hauptwellenmotor erzeugten Hitze resultieren. Die Häufigkeit des Auftretens eines Betriebszustandes „schnelle Traverse“ ist aber in einem Bearbeitungszyklus in einer Maschine nicht sehr groß und deshalb ein Anstieg in der Wärmeproduktion gering. Deshalb ist es möglich, den Vorschubwellenmotor in einem sehr frühen Stadium eines Stromausfalles auf der Wechselstromversorgungsseite sicher zu stoppen und es ist auch möglich, Wärmeerzeugung im Hauptwellenmotor im Zustand des Normalbetriebs (wenn ein Schneidprozess ausgeführt wird) weitgehend zu vermeiden.
Im Betriebszustand „schnelle Traverse“ (wenn kein Schneidvorgang ausgeführt wird) führt die Feststellungseinheit 31 laufend eine Feststellung darüber aus, ob die Vorschubwelle im Zustand „schnelle Traverse“ bewegt wird, um jederzeit einem Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite begegnen zu können. Die CNC-Einheit 60 ermittelt laufend, ob ein Schneidprozess durch die Werkzeugmaschine ausgeführt wird oder nicht. Die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16 ermittelt deshalb „ob die Vorschubwelle im Betriebszustand schnelle Traverse bewegt wird“ auf Basis von Informationen in Bezug auf den Steuerzustand.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, bei dem die Bedingung „ist die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner als ein vorgegebener Wert“ als Feststellungsbedingung im Feststellungsprozess durch die Feststellungseinheit 31 auf Basis der Geschwindigkeitsinformation. Wird die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegt, dann ist die Geschwindigkeit der Vorschubwelle hoch im Vergleich zu der Geschwindigkeit im Schneidprozess. Wird deshalb die Bedingung „ist die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner als ein vorgegebener Wert“ eingesetzt, ist es auch möglich, im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte zu erreichen wie in dem Fall, in dem das obige Kriterium „wird die Vorschubwelle im Zustand schnelle Traverse“ eingesetzt als Feststellungsbedingung dient. Die CNC-Einheit 16 überwacht laufend über einen Geschwindigkeitsdetektor die Geschwindigkeit der Vorschubwelle über einen Geschwindigkeitsdetektor. Deshalb bestimmt die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16 auf Basis der Geschwindigkeitsinformation ob „die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert“ auf Basis der Geschwindigkeitsinformation.
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, dass als Feststellungskriterium in der Feststellungseinheit 31 die Bedingung „ist die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert“ angesetzt wird. Ist die kinetische Energie aller Vorschubwellen groß, dann ist auch die regenerative Energie groß, die erzeugt wird wenn die Vorschubwellen im Falle eines Stromausfalls schnell gestoppt werden. Ist das Trägheitsmoment für jede Vorschubwelle im Voraus bekannt, dann ist es möglich, die kinetische Energie jeder der Vorschubwellen zu berechnen und die Summe der kinetischen Energien zu bilden unter Verwendung der Informationen bezüglich der Geschwindigkeit und der Masse. Wenn die kinetische Energie mit W bezeichnet wird und I das Trägheitsmoment sowie ω die Winkelgeschwindigkeit sind, dann ergibt sich diekinetische Energie W aus: W=(1/2) × I × ω².
Deshalb ist es möglich bei Verwendung der Bedingung „ist die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert“ als Feststellungsbedingung die gleichen vorteilhaften Effekte zu erreichen wie bei Verwendung der Feststellungsbedingung „wird die Vorschubwelle im Zustand schneller Traverse“ bewegt. Die CNC-Einheit 16 kontrolliert laufend die Geschwindigkeiten der Vorschubwellen über einen Geschwindigkeitsdetektor. Die CNC-Einheit 16 berechnet die Summen der kinetischen Energien der Vorschubwellen unter Verwendung der Geschwindigkeitsinformation und des Trägheitsmomentes jeder Vorschubwelle. Die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16 bestimmt dann „ob die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert“, auf Basis der Information bezüglich der kinetischen Energie.
Nunmehr wird die Stormversorgungsstützeinheit 17 beschrieben. Bei normalem Betrieb erhalten die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C, die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C und die CNC-Einheit 16 ihre elektrische Energieversorgung für ihren Betrieb von der kommerziellen drei-phasigen Wechselstromquelle 4 des Konverters 11 über eine Versorgungssteuerleitung. Tritt jedoch ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters 11 auf, kann die elektrische Energieversorgung nicht mehr aufrechterhalten werden. Um jedoch den vorstehend genannten Betrieb der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C, der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C und der CNC-Einheit 16 zu ermöglichen, ist eine Stromversorgungsstützeinheit 17 vorgesehen zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Betreiben der CNC-Einheit 16, der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C und der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C, auch dann, wenn mit der Stromausfalldetektoreinheit 14 ein Stromausfall detektiert wird. Die Stromversorgungsstützeinheit 17 kann beispielsweise gebildet sein durch einen Kondensator oder eine elektrische Speichereinrichtung zum Speichern von Gleichstrom, der durch Gleichrichtung von Wechselstrom auf der Wechselstromversorgungsseite gewonnen wird. Die Stromversorgungsstützeinheit 17 wird durchgehend mit einer passenden Spannung geladen und ist eingerichtet über die Versorgungssteuerleitern, elektrische Energie an die Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C, die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C und die CNC-Einheit 16 zu liefern wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auftritt.
2 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Erzeugen eines Anregungsstrombefehls in der Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In Schritt S101 prüft die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors eine der vorgegebenen Feststellungsbedingungen erfüllt. Die vorgegebene Feststellungsbedingung ist zumindest eine der folgenden: die Bedingung, dass die Vorschubwelle im Betriebsstand „schnelle Traverse“ bewegt wird; die Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert; und die Bedingung, dass die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Wird im Schritt S101 bestimmt, dass eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt ist, geht das Verfahren zu Schritt S102. Wird die Bedingung „Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen ist nicht kleiner als ein vorgegebener Wert“ verwendet, wird die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen mit der CNC-Einheit 16 berechnet unter Verwendung von Informationen bezüglich der Geschwindigkeit und des Trägheitsmomentes, und zwar vor Ausführung des Schrittes S101.
In Schritt S102 erzeugt die Anregungsbefehlseinheit 32 in der CNC-Einheit 16 einen Anregungsstrombefehl, damit Anregungsstrom abgegeben wird, der größer ist als der Anregungsstrom, welcher gemäß Instruktion durch die Master-Steuereinheit (d.h. die CNC-Einheit 16, wie oben beschrieben) an den Hauptwellenmotor 3 abgegeben wird.
Sodann wird in Schritt S103 der durch die Anregungsbefehlseinheit 32 in der CNC-Einheit 16 erzeugte Anregungsstrombefehl über den Kommunikationsbus 18 der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C übermittelt. Die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C steuert die wechselseitige Stromwandlung durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13, sodass der Hauptwellenmotor 3 mit Anregungsstrom betrieben wird, der größer ist als der über die Master-Steuereinheit instruierte Anregungsstrom, und zwar auf Basis des Anregungsstrombefehls, der durch die Anregungsbefehlseinheit 32 erzeugt wird. Damit ist es möglich, dass der Hauptwellenmotor 3 sofort die regenerative Energie verbraucht, die bei Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite erzeugt wird wenn die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ betrieben wird und es ist möglich, ein Ansteigen des Gleichspannungswertes an dem Gleichspannungsanschluss zu vermeiden.
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Anregungsbefehlseinheit 32 in einer Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C vorgesehen, während beim ersten Ausführungsbeispiel die Anregungsbefehlseinheit 32 in der CNC-Einheit 16 vorgesehen ist.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Feststellungseinheit 31 in einer CNC-Einheit 16 vorgesehen und stellt fest, ob der Betrieb eines Vorschubwellenmotors eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt, wobei das Feststellungsergebnis über einen Kommunikationsbus 18 einer Anregungsbefehlseinheit 32 übermittelt wird, die in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C vorgesehen ist. Beim Empfang eines Feststellungsergebnisses, das anzeigt, dass der Betrieb des Vorschubwellenmotors die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt, erzeugt die in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C vorgesehene Anregungsbefehlseinheit 32 einen Anregungsstrombefehl, sodass ein Anregungsstrom abgegeben wird, der größer ist als der durch eine Master-Steuereinheit (d.h. die CNC-Einheit 16) instruierte Anregungsstrom für den Hauptwellenmotor 3. Die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C steuert die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 derart, dass der Hauptwellenmotor 3 mit Anregungsstrom betrieben wird, der größer ist als der mittels der Mastersteuereinheit instruierte Anregungsstrom, und zwar auf Basis des Anregungsstrombefehls, der durch die Anregungsbefehlseinheit 32 erzeugt wird. Durch dieses Verfahren ist, ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, es möglich, dass der Hauptwellenmotor 3 sofort bei Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite erzeugte regenerative Energie verbraucht wenn eine Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ betrieben wird und es ist damit möglich, einen Anstieg des Gleichspannungswertes an dem Gleichspannungsanschluss zu unterdrücken. Die schaltkreisbildenden Elemente und die Feststellungsbedingungen zur Verwendung in der Feststellungseinheit 31 entsprechen ansonsten dem beim anhand der 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, weshalb eine wiederholte Beschreibung derselben unterbleiben kann.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Anregungsstrombefehls in der Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In Schritt S201 prüft die Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt. Bei der vorgegebenen Feststellungsbedingung handelt es sich um zumindest eine der folgenden: die Bedingung, dass die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegt wird; die Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert; und die Bedingung, dass die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Wird in Schritt S202 festgestellt, dass eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt ist, geht das Verfahren zu Schritt S202. Wird die Bedingung „Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner als ein vorgegebener Wert“ als Feststellungsbedingung benutzt, wird die Summe der kinetischen Energien der Vorschubwellen in der CNC-Einheit 16 berechnet unter Verwendung von Informationen bezüglich der Geschwindigkeit und des Trägheitsmomentes, vor Ausführung des Schrittes S201.
In Schritt S202 wird ein Feststellungsergebnis, das anzeigt, dass der Betrieb des Vorschubwellenmotors eine der vorgegebenen Feststellungsbedingungen erfüllt, über den Kommunikationsbus 18 von der Feststellungseinheit 31 in der CNC-Einheit 16 an die Anregungsbefehlseinheit 32 in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13 übermittelt.
In Schritt S203 erzeugt die in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C angeordnete Anregungsbefehlseinheit 32 einen Anregungsstrombefehl zur Ausgabe eines Anregungsstromes, der größer ist als der von der Master-Steuereinheit (d.h. der CNC-Einheit 16) instruierte Anregungsstrom für den Hauptwellenmotor 3. Die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C steuert die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13, sodass der Hauptwellenmotor 3 mit einem Anregungsstrom betrieben wird, der größer ist als der von der Master-Steuereinheit instruierte Anregungsstrom. Durch diesen Betrieb ist es, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, möglich, dass der Hauptwellenmotor 3 sofort bei Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite erzeugte regenerative Energie verbraucht wenn die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegt wird und es ist möglich, einen Anstieg des Gleichspannungswertes an dem Gleichspannungsanschluss zu unterdrücken.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Vorschubwellenmotor-Bremsbefehls, eines Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehls und eines Hauptwellenmotor-Bremsbefehls in einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen.
In Schritt S301 detektiert die Stromausfall-Detektoreinheit 14 im Konverter 11 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters 11. Wird durch die Stromausfall-Detektoreinheit 14 in Schritt S301 ein Stromausfall detektiert, geht das Verfahren zu Schritt S302.
In Schritt S302 meldet die Stromausfall-Detektoreinheit 14 der CNC-Steuerung 16 über einen Kommunikationsbus 18 den Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters 11.
In Schritt S303 ermittelt die Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit 22 in der CNC-Einheit 16, ob der Gleichspannungswert am Gleichspannungsanschluss, der über den Kommunikationsbus 18 übertragen wird, größer ist als ein vorgegebener oberer Grenzwert. Ist der Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses, der über den Kommunikationsbus 18 übertragen worden ist, nicht größer als der vorgegebene obere Grenzwert, geht das Verfahren zu Schritt S305. Ist der in Rede stehende Spannungswert größer als der vorgegebene obere Grenzwert, geht das Verfahren zu Schritt S304. In Schritt S304 erzeugt die Beschleunigungs/AbbremsBefehlseinheit 22 in der CNC-Einheit 16 einen Beschleunigungsbefehl für den Hauptwellenmotor, um die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 so zu steuern, dass der Hauptwellenmotor 3 beschleunigt wird. Der Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl, wie er von der Hauptwellenmotor-Beschleunigungs-/Abbrems-Befehlseinheit 22 erzeugt wird, wird über den Kommunikationsbus 18 zur Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C übertragen. Bei Empfang des Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehls veranlasst die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis zu einer Schaltoperation und konvertiert Strom in einen drei-phasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und gewünschten Frequenz, um so den Hauptwellenmotor zu beschleunigen. Der Hauptwellenmotor 3 wird auf Basis der eingegebenen, hinsichtlich Spannung und Frequenz variablen drei-phasigen Wechselstromenergie beschleunigt. Durch diese Operationen wird der Hauptwellenmotor 2 mit hoher Geschwindigkeit gedreht und Gleichstrom des Gleichstromanschlusses wird durch den Hauptwellenmotor 3 verbraucht.
In Schritt S305 bestimmt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs-/AbbremsBefehlseinheit 22 in der CNC-Einheit 16, ob der über den Kommunikationsbus 18 übertragene Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses kleiner ist als ein vorgegebener unterer Grenzwert. Ist der über den Kommunikationsbus 18 übertragene Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses größer als der vorgegebene untere Grenzwert, geht das Verfahren zu Schritt S307 und wenn der in Rede stehende Spannungswert nicht größer ist als der vorgegebene untere Grenzwert, geht das Verfahren zu Schritt S306.
In Schritt S306 erzeugt die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/AbbremsBefehlseinheit 22 in der CNC-Einheit 16 einen Hauptwellenmotor-Abbremsbefehl, um die wechselseitige Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter 13 so zu steuern, dass der Hauptwellenmotor 3 abgebremst wird. Der durch die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit 22 erzeugte Bremsbefehl wird über den Kommunikationsbus 18 zur Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C übertragen. Bei Empfang des Hauptwellenmotor-Abbremsbefehls veranlasst die Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit 13C das Schaltelement im Konversionschaltkreis zu einer Schaltoperation und wandelt den Strom in einen drei-phasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und gewünschten Frequenz, um den Hauptwellenmotor 3 abzubremsen. Der Hauptwellenmotor 3 wird auf Basis der eingegebenen, hinsichtlich Spannung und Frequenz variablen drei-phasigen Wechselstromleistung abgebremst. In diesem Fall ist der Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses bei Stromausfall kleiner als ein vorgegebener unterer Grenzwert. Deshalb wird der Hauptwellenmotor 3 abgebremst, um die Gleichspannung des Gleichspannungsanschlusses mittels regenerierter Energie zu halten.
In Schritt S307 erzeugt die Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehlseinheit 21 in der CNC-Einheit 16 einen Bremsbefehl für den Vorschubwellenmotor um die wechselseitige Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter 12 so zu steuern, dass der Vorschubwellenmotor 2 abgebremst wird. Der von der Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehlseinheit 21 erzeugte Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehl wird zu der Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit 12C über den Kommunikationsbus 18 übertragen. Bei Empfang des Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehls veranlasst die Vorschubwellenmotor-Invertersteuerungseinheit 12C das Schaltelement in dem Konversionsschaltkreis zu einer Schaltoperation und Strom wird in drei-phasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und Frequenz gewandelt, um den Vorschubwellenmotor 2 zu bremsen. Der Vorschubwellenmotor 2 wird auf Basis der eingegebenen, in Spannung und Frequenz variablen drei-phasigen Wechselstromleistung abgebremst.
Nach Vervollständigung des Prozesses in Schritt 307 geht das Verfahren zurück zu Schritt S301. Durch Wiederholen der Abfolge der Schritte S301 bis S307 gibt die CNC-Einheit 16 ein Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehl, zusammen mit einem Hauptwellenmotor-Abbremsbefehl, oder einen Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl entsprechend dem Vergleichsergebnis zwischen der Gleichspannung des Gleichspannungsanschlusses, wie er über den Kommunikationsbus 18 übertragen wurde, und dem vorgegebenen oberen Grenzwert bzw. dem vorgegebenen unteren Grenzwert.
Die Ausführung des Schrittes S207 durch die Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehlseinheit 21 und die Reihe der Prozessschritte vom Schritt S303 bis Schritt S306 durch den Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit 22 kann in austauschbarer Reihenfolge durchgeführt werden.
Die mit Bezug auf die 2 und 4 beschriebenen Verfahren zum Erzeugen eines Anregungsstrombefehls werden unabhängig davon ausgeführt, ob ein Stromausfall vorliegt oder nicht. Wenn also ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auftritt zu einer Zeit, in der Anregungsstrombefehlseinheit 32 einen Anregungsstrombefehl auf Basis einer Bestimmung der Bestimmungseinheit 31, dass der Betrieb der Vorschubwelle eine vorgegebenen Feststellungsbedingung erfüllt, erzeugt, führt die Steuereinrichtung das Verfahren zum Erzeugen des Vorschubwellenmotor-Abbremsbefehls, des Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehls und des Hauptwellenmotor-Abbremsbefehls gemäß 5 aus. Durch diese Verfahren wird ermöglicht, dass der Hauptwellenmotor 3 sofort regenerative Energie verbraucht, die zur Zeit eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite erzeugt wird wenn der Betrieb des Vorschubwelle die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt und es ist auf diese Weise möglich, ein Ansteigen des Gleichspannungswertes des Gleichspannungsanschlusses zu unterdrücken.
Die Erfindung ist einsetzbar bei einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor zum Antreiben einer Hauptwelle, wobei von einer Wechselstromversorgungsseite bereitgestellte Wechselstromenergie in abzugebenden Gleichstrom umgewandelt wird und der Gleichstrom wiederum umgewandelt wird in Wechselstrom zum Motorantrieb derart, dass dem Vorschubwellenmotor und dem Hauptwellenmotor Wechselstrom zum Antrieb zugeführt wird.
Mit der Erfindung ist es bei einer Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor zum Antreiben einer Hauptwette möglich, den Vorschubwellenmotor im Falle eines Stromausfalls sehr früh auf der Wechselstromversorgungsseite zu stoppen. Damit ist es möglich, eine Kollision der Vorschubwelle bei Stromausfall zu vermeiden. Weiterhin ist es möglich, Wärmeerzeugung im Hauptwellenmotor zu verringern. Wenn der Betrieb der Vorschubwelle zumindest eine Feststellungsbedingungen erfüllt, nämlich eine Bedingung, dass die Vorschubwelle im Betriebszustand „schnelle Traverse“ bewegt wird, der Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert, und der Bedingung, dass die Summe der kinetischer Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert, ist es möglich, einen Befehl abzugeben, wonach ein Anregungsstrom an den Hauptwellenmotor abgegeben wird, der größer ist als ein Anregungsstrom, der durch eine Master-Steuereinheit (d.h. die CNC-Einheit) instruiert ist. Deshalb ist es möglich, auch dann, wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromversorgungsseite auftritt wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, den Vorschubwellenmotor sehr früh zu stoppen und es ist auch möglich, die Wärmeerzeugung im Hauptwellenmotor bei Normalbetrieb gering zu halten.
Bezugszeichenliste

2: Vorschubwellenmotor
3: Hauptwellenmotor
11: Konverter
11C: Konverter-Steuereinheit
12: Vorschubwellenmotor-Inverter
12C: Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit
13: Hauptwellenmotor-Inverter
13C: Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit
14: Stromausfall-Detektoreinheit
15: Spannungsdetektoreinheit
16: CNC-Einheit
17: Stromversorgungsstützeinheit
18: Kommunikationsbus
21: Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit
22: Hauptwellenmotor-Beschleunigungs-/Brems-Befehlseinheit
31: Feststellungseinheit
32: Anregungsbefehlseinheit

Claims

Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine mit einem Vorschubwellenmotor (2) zum Antreiben einer Vorschubwelle und einem Hauptwellenmotor (3) zum Antreiben einer Hauptwelle, wobei die Steuereinrichtung (1) folgendes aufweist: einen Konverter (11), der wechselseitig Strom zwischen Wechselstrom auf einer Wechselstromversorgungsseite und Gleichstrom eines Gleichstromanschlusses auf einer Gleichstromseite wandelt; einen Vorschubwellenmotor-Inverter (12), der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der als elektrische Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie für den Vorschubwellenmotor (2) dient, wandelt; einen Hauptwellenmotor-Inverter (13), der mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist und wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom des Gleichstromanschlusses und Wechselstrom, der als Antriebsenergie oder regenerative elektrische Energie für den Hauptwellenmotor (3) dient, wandelt; eine Stromausfall-Detektoreinheit (14), die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stromausfalls auf der Wechselstromversorgungsseite des Konverters (11) detektiert; eine Vorschubwellenmotor-Bremsbefehlseinheit (21), die einen Vorschubwellenmotor-Bremsbefehl ausgibt zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter (12), um so den Vorschubwellenmotor (2) abzubremsen, wenn die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert; eine Feststellungseinheit (31), die feststellt, ob ein Betrieb des Vorschubwellenmotors (2) eine vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt; und eine Anregungsbefehlseinheit (32), die einen Anregungsstrombefehl ausgibt zur Abgabe eines Anregungsstromes von dem Hauptwellenmotor-Inverter (13) an den Hauptwellenmotor (3), der größer ist als ein durch eine Master-Steuereinheit instruierter Anregungsstrom, wenn die Feststellungseinheit (31) feststellt, dass die vorgegebene Feststellungsbedingung erfüllt ist, wobei es sich bei der vorgegebenen Feststellungsbedingung um zumindest eine der folgenden handelt: eine Bedingung, dass die Vorschubwelle in einem Betriebszustand „schnelle Traverse“ (schneller Übergang) bewegt wird; eine Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Vorschubwelle nicht kleiner ist als eine vorgegebener Wert; und der Bedingung, dass die Summe der kinetischen Energien aller Vorschubwellen nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert.
Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Spannungsdetektoreinheit (15), die einen Gleichspannungswert des Gleichspannungsanschlusses detektiert; eine Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit (22), die einen Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl oder eine Hauptwellenmotor-Abbremsbefehl erzeugt zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch einen Hauptwellenmotor-Inverter (13), um so den Hauptwellenmotor (3) entsprechend dem von der Spannungsdetektoreinheit (15) detektierten Gleichspannungswert zu beschleunigen oder abzubremsen wenn die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert; und eine Stromversorgungsstützeinheit (17), die an eine Vorschubwellenmotor-Invertersteuereinheit (12C) elektrische Antriebsenergie liefert zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Vorschubwellenmotor-Inverter (12), und zu einer Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit (13C) zum Steuern einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter (13), wenn die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert, wobei die Feststellungseinheit (31) feststellt, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors (2) eine der vorgegebenen Feststellungsbedingungen erfüllt, unabhängig davon, ob die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert.
Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, wobei dann, wenn die Stromausfall-Detektoreinheit (14) einen Stromausfall detektiert, die Hauptwellenmotor-Beschleunigungs/Abbrems-Befehlseinheit (22): einen Hauptwellenmotor-Beschleunigungsbefehl abgibt zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter (13), um so den Hauptwellenmotor (3) zu beschleunigen wenn ein von der Spannungsdetektoreinheit (15) detektierter Gleichspannungswert größer ist als ein vorgegebener oberer Grenzwert; und einen Hauptwellenmotor-Abbremsbefehl abgibt zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch den Hauptwellenmotor-Inverter (13), um so den Hauptwellenmotor (3) abzubremsen wenn der mit der Spannungsdetektoreinheit (15) detektierte Gleichspannungswert kleiner ist als ein vorgegebener unterer Grenzwert, wobei der vorgegebene untere Grenzwert kleiner ist als der vorgegebene obere Grenzwert.
Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 weiterhin aufweisend: eine CNC-Einheit (16), die Betriebsbefehle bezüglich der Vorschubwelle und der Hauptwelle abgibt, wobei die Feststellungseinheit (31) und die Anregungsbefehlseinheit (32) in der CNC-Einheit (16) angeordnet sind.
Steuereinrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4 weiterhin aufweisend: eine Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit (13C) zur Steuerung einer wechselseitigen Stromkonversion durch einen Hauptwellenmotor-Inverter (13); und eine CNC-Einheit (16) zur Abgabe von Betriebsbefehlen für die Vorschubwelle und die Hauptwelle wobei die Anregungsbefehlseinheit (32) in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit (13C) angeordnet ist und die Feststellungseinheit (31) in der CNC-Einheit (16) angeordnet ist und der in der Hauptwellenmotor-Invertersteuereinheit (13C) angeordneten Anregungsbefehlseinheit (32) ein Feststellungsergebnis übermittelt, ob der Betrieb des Vorschubwellenmotors (2) eine der vorgegebenen Feststellungsbedingungen erfüllt.