DE102015201439A1 - Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen Download PDF

Info

Publication number
DE102015201439A1
DE102015201439A1 DE102015201439.8A DE102015201439A DE102015201439A1 DE 102015201439 A1 DE102015201439 A1 DE 102015201439A1 DE 102015201439 A DE102015201439 A DE 102015201439A DE 102015201439 A1 DE102015201439 A1 DE 102015201439A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotary
workpiece
unit
pivot
compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015201439.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Jürgen Röders
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
P&L GmbH and Co KG
Original Assignee
P&L GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by P&L GmbH and Co KG filed Critical P&L GmbH and Co KG
Priority to DE102015201439.8A priority Critical patent/DE102015201439A1/de
Priority to PCT/EP2016/050974 priority patent/WO2016120121A1/de
Publication of DE102015201439A1 publication Critical patent/DE102015201439A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0028Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine by actively reacting to a change of the configuration of the machine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41139Compensate dynamic deflection of slide, calculated with position, speed, torque deflection values

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer mit einem Werkstück versehenen Drehschwenkeinheit (1) einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen, bei welchem während der Bearbeitung des Werkstücks (2) das Gewicht des Werkstücks (2) auf der Drehschwenkeinheit (1), lineare Beschleunigungen und/oder Verzögerungen der Drehschwenkeinheit (1), das Drehmoment des Antriebs der Schwenkachse (10) und die Position der Schwenkachse (10) der Drehschwenkeinheit (1) ermittelt und aus diesen Daten zumindest ein Kompensationswert errechnet und der Maschinensteuerung zur Korrektur eines laufenden Bearbeitungsprogramms zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer mit einem Werkstück versehenen Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen.
  • Die erfindungsgemäß betrachteten dynamischen Bewegungsvorgänge umfassen Beschleunigungen und Verzögerungen, die sich während der Bearbeitung eines Werkstücks ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation bezieht sich auch auf das Werkstückgewicht bzw. auf dynamische Verformungen, welche in Abhängigkeit von dem Werkstückgewicht entstehen.
  • Die Dynamik von Werkzeugmaschinen und damit die verfügbare Beschleunigung in den Achsen werden ständig gesteigert. Hohe Beschleunigungen führen jedoch zu unerwünschten Verformungen in den Werkzeugmaschinen und damit zu unerwünschten Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung. Bei Maschinenachsen von Werkzeugmaschinen, die das zu bearbeitende Werkstück bewegen, werden diese zusätzlich durch die Masse des Werkstückes beeinflusst. Je größer die Masse des Werkstückes ist, desto größer sind die resultierenden Verformungen und Abweichungen bei der Bearbeitung.
  • Dies trifft besonders für Werkzeugmaschinen zu, bei denen das Werkstück auf einer Drehschwenkeinheit gespannt wird und mit Hilfe zweier rotativer Achsen bewegt wird. Wenn die Drehschwenkeinheit zusätzlich längs einer linearen Achse verfahren wird, kommen weitere Effekte aus der Beschleunigung dieser linearen Achse hinzu.
  • Bei mechanischen Systemen kann in erster Näherung von einer additiven Überlagerung der einzelnen Verformungen ausgegangen werden. Das ist auch der Ansatz in dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren.
  • Bei einer steif ausgelegten Drehschwenkeinheit werden sich durch das Werkstück bedingte Verformungen erst signifikant auswirken, wenn dieses eine gewisse Masse erreicht. Kleinere Werkstücke mit geringen Gewichten führen nur zu vernachlässigbaren Verformungen. Die Schwenkbrücke der Drehschwenkeinheit wird nur durch ihr Eigengewicht verformt, für das die Werkzeugmaschine aber bei der Inbetriebnahme mechanisch justiert werden kann. Größere Werkstücke können bei einer in Drehschwenkeinheiten typischer Weise stark gekröpften Anordnung der Maschinenachsen nur relativ zentrisch gespannt werden. In der Folge liegt der Schwerpunkt des Werkstückes auch relativ zentrisch. Bestimmender Faktor für die Verformung von steifen Drehschwenkeinheiten ist somit die Masse des Werkstückes. Diese führt zu einem Einfedern der Drehschwenkeinheit nach unten. Das Einfedern setzt sich zusammen aus der Nachgiebigkeit der Lager, der Führungswagen, wenn die Drehschwenkeinheit noch auf einer weiteren linearen Achse steht, und einer Verformung der mechanischen Komponenten, wie der Gussteile, aus denen die Drehschwenkeinheit besteht. Mit Hilfe von verschiedenen Referenzgewichten kann die statische gewichtsabhängige Verformung leicht gemessen werden, wie auch aus der EP 2 735 928 A1 bekannt. Dabei muss die Verformung allerdings nicht gleichmäßig sein, sondern kann aufgrund der Bauform der Drehschwenkeinheit auf der einen Seite, beispielsweise der Seite mit dem Antrieb und dem größeren Lager, kleiner sein als auf der gegenüberliegenden Seite. Es kann also auch zu einem leichten Verkippen der Achse durch das Werkstückgewicht kommen. Alternativ zu einer Vermessung der Eigenschaften der Schwenkeinheit können diese auch mit modernen Methoden, beispielsweise Finite Elemente berechnet werden.
  • Außerdem ist die Steifigkeit der Schwenkeinheit nicht in alle Richtungen gleich. In der Folge wird die durch Werkstück und Eigengewicht der Schwenkbrücke bedingte Verformung der Drehschwenkeinheit auch von der Position der Schwenkachse abhängen. Wenn die Schwenkachse auf 90° steht, wird diese anders ausfallen, als wenn diese auf 0° oder entsprechenden Zwischenpositionen steht. Das betrifft auch die Stärke der Verkippung der Schwenkachse durch unterschiedliches Einfedern der Schwenkeinheit auf beiden Seiten. Somit muss für die Kompensation der statischen Werkstück- und eigengewichtbedingten Verformungen neben dem Werkstückgewicht auch die Position der Schwenkachse einbezogen werden.
  • In der Praxis kommt es neben dem beschriebenen linearen Einfedern und dem Verkippen der Schwenkeinheit bei unterschiedlichen Positionen der Schwenkachse auch zu einer Verformung aufgrund von Torsion durch die exzentrische Belastung der Schwenkachse, z. B. wegen der Kröpfung dieser. Die Torsion soll jedoch an dieser Stelle nicht berücksichtigt werden, sondern erst als zweiter Effekt, da bei der Torsion auch dynamische Anteile aus der Achsbewegung eine Rolle spielen, wie weiter unten beschrieben. Um die Verformung durch Torsion von der Verformung durch lineares Einfedern zu trennen, kann, wie in der Mechanik bekannt, ein Referenzpunkt oder eine Referenzlinie gewählt werden, z. B. die Schwenkachse selber. Die Verformung setzt sich, bezogen auf die Schwenkachse, aus einem linearen und einem rotativen Anteil zusammen.
  • Das Werkstückgewicht und die Position der Schwenkachse werden also nur dafür herangezogen, das Einfedern der Schwenkeinheit mit dem Werkstück nach unten und die Verkippung der Schwenkachse durch unterschiedliches Einfedern an den Enden der Schwenkeinheit zu errechnen. Als Basis für die Berechnung können zuvor durchgeführte Messungen oder auch moderne Berechnungsverfahren, beispielsweise Finite Elemente, dienen. Diese Betrachtung ist rein statisch und eine Verwindung der Schwenkbrücke durch die exzentrische Belastung des Schwenkantriebes ist bis hierhin nicht vorgesehen, da es auch die dynamischen Effekte zu berücksichtigen gilt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kompensationsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Anwendbarkeit einen hochqualitativen Betrieb einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer 5-Achs-Fräsmaschine, ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer mit einem Werkstück versehenen Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen geschaffen, bei welchem während der Bearbeitung des Werkstücks das Gewicht des Werkstücks auf der Drehschwenkeinheit, lineare Beschleunigungen und/oder Verzögerungen der Drehschwenkeinheit, das Drehmoment des Antriebs der Drehschwenkeinheit und die Position der Schwenkachse der Drehschwenkeinheit ermittelt und aus diesen Daten zumindest ein Kompensationswert errechnet und der Maschinensteuerung zur Korrektur eines laufenden Bearbeitungsprogramms zugeführt wird.
  • Es ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst das Werkstückgewicht auf der Drehschwenkeinheit ermittelt wird. Das Werkstückgewicht kann beispielsweise durch Verfahren der Linearachse, auf der sich die Drehschwenkeinheit befindet, mit einer kurzen Beschleunigung leicht ermittelt werden, indem die für die Beschleunigung erforderlichen Kräfte über den im Antrieb dafür benötigten Strom gemessen werden. Wenn zuvor eine gleiche Messung ohne Werkstück durchgeführt wurde, kann über den Unterschied der Ströme bzw. der Kräfte auf das Werkstückgewicht geschlossen werden. Das ermittelte Werkstückgewicht ist dann neben der Position der Schwenkachse Eingangsgröße für die Kompensation, mit der die durch unterschiedliches Werkstückgewicht verursachten mechanischen Abweichungen in der Steuerung verrechnet werden können. Dies sind die Eingangsgrößen für den ersten Effekt.
  • Wenn es während der Bearbeitung zu größeren Zerspanungen kommt, die das Gewicht des Werkstückes signifikant ändern, kann dieses zwischendurch mit dem oben beschriebenen Verfahren jederzeit neu ermittelt werden. Als Eingangswert für die Kompensation dient das gerade gültige Werkstückgewicht.
  • Nachteilig an dem Verfahren nach der EP 2 735 828 A1 ist, dass beschleunigungsbedingte Kräfte und Verformungen nicht einbezogen werden. Erfindungsgemäß wird daher das Drehmoment des Antriebs der Schwenkachse für die Kompensation einbezogen. Das Drehmoment der Schwenkeinheit wird grundsätzlich in vier Teilmomente aufgeteilt.
  • Während des Verfahrens der Schwenkachse muss diese die Reibkräfte in Lagern, Dichtungen, etc., überwinden. Dieses Moment ist im Wesentlichen geschwindigkeitsproportional und kann durch reversierendes Verfahren der Achse leicht ermittelt werden.
  • Weiterhin wird ein Teil des Drehmomentes dafür benötigt, die Drehschwenkeinheit in bestimmten Positionen zu halten, z. B. wenn die Drehschwenkeinheit auf 90° steht. Aufgrund der Kröpfung ist insbesondere bei kleinen Werkstücken ein bestimmtes Drehmoment erforderlich, um die bezüglich ihres Schwerpunktes exzentrische Achse durch den Schwenkantrieb zu halten.
  • Das dritte Teilmoment betrifft die Beschleunigung der Schwenkachse. Insbesondere bei 5-Achs-Simultanbearbeitung von komplexen Werkstücken muss die Schwenkachse ständig beschleunigen und verzögern, was zu hohen Drehmomenten im Antrieb bei dynamischen Bearbeitungen führt. Das vierte Teilmoment resultiert aus Bearbeitungskräften während der Zerspanung, die abhängig vom Bearbeitungsort über einen Hebel auf den Antrieb der Schwenkachse wirken.
  • In der Praxis sind die reibungsbedingten Kräfte meistens von untergeordneter Bedeutung. Bei hochgenauen Bearbeitungen sind außerdem die Bearbeitungskräfte relativ klein. Den bestimmenden Anteil für das Drehmoment in der Schwenkachse machen dann die anderen beiden Teilmomente aus, die aus der Exzentrizität der gesamten Schwenkeinheit, bestehend aus Werkstück und der Schwenkbrücke, und den Beschleunigungs- sowie Verzögerungsvorgängen gebildet sind. Beide überlagern sich und führen zu Verformungen, im Wesentlichen einer Verwindung (Torsion) der Schwenkbrücke, insbesondere wenn der Antrieb nur einseitig vorgesehen ist. Daher ist es wünschenswert, diesen Effekt ebenfalls in der Steuerung zu kompensieren. Das ist auch deswegen wichtig, weil der Lagegeber für die Schwenkeinheit aus regelungstechnischen Gründen üblicherweise möglichst antriebsnah angeordnet wird. Das hat aber zur Folge, dass über die Verwindung der Schwenkbrücke keine direkte Information vorliegt. Wenn die mechanischen Eigenschaften der Schwenkbrücke, beispielsweise durch messtechnische Ermittlung oder durch Berechnung (Finite Elemente oder ähnliches) bekannt sind, kann aber mit Hilfe des Drehmomentes in der Schwenkachse die Verformung der Schwenkbrücke bestimmt werden. Das Drehmoment wird wiederum leicht über den im Antrieb der Schwenkachse benötigten Motorstrom bestimmt. Die so aus dem Drehmoment des Schwenkantriebes, eventuell unter Abzug von Reibanteilen des Drehmomentes, ermittelte Verformung der Schwenkbrücke, ist eine weitere Eingangsgröße für die Kompensation, um aus der Verwindung der Schwenkeinheit entstehende Maßabweichungen in der Steuerung zu kompensieren. Dieser zweite Effekt wird ergänzend zu der oben beschriebenen statischen Kompensation für die Gesamtkompensation berücksichtigt.
  • Wenn die Drehschwenkeinheit, wie oben beschrieben, außerdem eine lineare Bewegung ausführt, können auch Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge der linearen Achse zu Verformungen der gesamten Drehschwenkeinheit und damit maßlichen Abweichungen bei der Bearbeitung führen. Wenn die Drehschwenkeinheit beispielsweise auf einem verfahrbaren Maschinentisch angeordnet ist, kann dieser bei hochdynamischen Bearbeitungen einfedern, ähnlich wie ein Auto, das bei Beschleunigung auf der Hinterachse runtergeht und auf der Vorderachse hochkommt. Im Unterschied zum Auto ist die Drehschwenkeinheit jedoch nicht in sich so steif, dass die Verformungen dieser Art zu vernachlässigen wären. Es geht also nicht nur um ein Einfedern der Drehschwenkeinheit auf den Führungswagen der Linearachse, sondern auch um durch die lineare Beschleunigung bedingte Verformungen der Drehschwenkeinheit selber. Dabei spielt auch die Position der Schwenkachse eine Rolle. Der Betrag des Einfederns der Drehschwenkeinheit ist für unterschiedliche Schwenkachspositionen verschieden. Auch dieser Effekt führt zu unerwünschten Abweichungen bei dynamischen Bearbeitungen und kann kompensiert werden. Wenn das Werkstückgewicht, wie oben beschrieben, bekannt ist, kann über den Motorstrom der Linearachse auf die gerade auszuführende Beschleunigung geschlossen werden. Außerdem ist die Beschleunigung natürlich als Sollwert durch die aus der Steuerung für die auszuführende Bearbeitung vorgegebene Bearbeitungsbahn für die einzelnen Achsen bekannt. Die Beschleunigung der Linearachse kann somit aus den Istwerten des Motorstroms oder aus den Sollwerten der Beschleunigung leicht ermittelt werden. Wenn der beschleunigungsbedingte Betrag des Einfederns des Maschinentisches durch messtechnische Ermittlung, beispielsweise durch entsprechende Testbearbeitungen mit unterschiedlichen Werkstückgewichten und bei unterschiedlichen Schwenkwinkeln der Schwenkachse, oder rechnerische Ermittlung aus der bekannten Mechanik der Maschine für verschiedene Beschleunigungen bekannt ist, kann auf diese Weise während der Bearbeitung für unterschiedliche Beschleunigungswerte der Linearachse für die Drehschwenkeinheit die maßliche Abweichung durch Einfedern kompensiert werden. Dies ist ein dritter Effekt für die Kompensation von durch unterschiedlichem Werkstückgewicht und Beschleunigungen verursachten Verformungen in einer Werkzeugmaschine mit Drehschwenkeinheit.
  • Die drei beschriebenen Effekte und die zugehörigen Kompensationen können einzeln oder additiv angewendet werden. Aufgrund nichtlinearen Verhaltens kann es auch sinnvoll sein, sämtliche beschriebenen Eingangsgrößen, also Werkstückgewicht, Position der Schwenkachse, Motorstrom/Drehmoment der Schwenkachse und Beschleunigung der Linearachse in ein komplexes in der Steuerung für die Maschine hinterlegtes Modell als gemeinsame Eingangsgrößen einzugeben und daraus Kompensationswerte zu errechnen. Das zugrundeliegende Modell kann messtechnisch oder durch Berechnung (z. B. mit Finiten Elementen) aus der bekannten Mechanik ermittelt werden oder als Kombination aus beidem.
  • Bei bestimmten Werkzeugmaschinenkonstruktionen kann der Effekt aus den linearen Beschleunigungen untergeordnet sein, z. B. weil das Beschleunigungsvermögen der Linearachse relativ begrenzt ist. Dann kann dieser Effekt auch vernachlässigt werden und lediglich die Verformungen aus Werkstückgewicht, Position der Schwenkachse und Motorstrom/Drehmoment der Schwenkachse berücksichtigt werden.
  • Nachdem in der Maschinensteuerung die durch die beschriebenen Effekte entstehenden Abweichungen berechnet wurden, können daraus leicht für die linear- und rotativen Achsen der Maschine die erforderlichen Kompensationswerte errechnet werden. Da es sich um 5-Achsmaschinen handelt, können sowohl Positions- als auch Winkelfehler durch die 5-Achsen so korrigiert werden, dass die durch die gewichtsbedingte und dynamische Verformung der Drehschwenkeinheit bedingten Abweichungen vollständig ausgeglichen werden, sowohl bezüglich Richtung als auch bezüglich Lage. Die Korrektur erfolgt während der Bearbeitung durch entsprechende Anpassung der Sollwerte für die Achsen. Das Kompensationsmodell zur Berechnung der erforderlichen Korrekturen ist fest in der Steuerung hinterlegt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen 5-Achs-Fräsmaschine,
  • 2 eine vereinfachte Darstellung des Einfederns des Maschinentisches aufgrund des Werkstückgewichts,
  • 3 eine stirnseitige Ansicht der Drehschwenkeinheit analog 2,
  • 4 eine stirnseitige Ansicht der Drehschwenkeinheit, analog den Darstellungen der 2 und 3,
  • 5 eine stirnseitige Ansicht der Drehschwenkeinheit, analog 3, und
  • 6 eine Ansicht der Drehschwenkeinheit für eine Beschleunigung nach rechts.
  • Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer 5-Achs-Fräsmaschine mit einer Drehschwenkeinheit 1. Im Einzelnen weist die Werkzeugmaschine ein Gestell 3 mit einem Portal 4 auf, an welchem horizontal verschiebbar (Y-Achse) ein Schlitten 5 gelagert ist, an welchem vertikal verfahrbar ein Schlitten 6 gelagert ist, welcher eine rotierende Spindel 7 lagert, an welcher ein Werkzeug 8 gelagert ist. Ein Maschinentisch 9 ist an der Drehschwenkeinheit 1 gelagert und um eine Schwenkachse 10 (s. 2 bis 5) drehbar. Wie in den 4 und 5 dargestellt, ist der Maschinentisch 9 um eine zur Schwenkachse 10 senkrechte Drehachse 11 schwenkbar. Die Drehschwenkeinheit 1 ist in X-Richtung (nicht in Figur eingetragen) verfahrbar, parallel zur Schwenkachse 10. Der Aufbau der in 1 gezeigten 5-Achs-Fräsmaschine ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann.
  • Die 2 bis 6 zeigen jeweils vereinfachte Ansichten, aus denen sich in gestrichelten Linien die Positionen ohne Verformungen ergeben. Die durchgezogenen Linien zeigen jeweils den belasteten Zustand, welcher sich aus dem Werkzeuggewicht und der Einwirkung von Beschleunigungen und Drehmomenten sowie der Position der Drehschwenkeinheit ergibt. Es versteht sich, dass die Darstellungen der 2 bis 6 zur Verdeutlichung der Erfindung eine übertrieben starke, nicht unbedingt der Realität entsprechende Verformung, Verkippung oder Torsion darstellen.
  • Die 2 zeigt eine Seitenansicht der Drehschwenkeinheit 1 mit einem Einfedern des Maschinentisches 9 aufgrund des Gewichtes eines Werkstücks 2. Aus dem Vergleich der gestrichelten Linien (unbelasteter Zustand) mit der durchgezogenen Linie ist ersichtlich, dass der Maschinentisch 9 auf der rechten Seite stärker einfedert, als auf der linken Seite. Die Schwenkposition der Drehschwenkeinheit 1 beträgt dabei 0°. Die Verkippung ergibt sich durch das Werkstückgewicht. Dabei ist ersichtlich, dass die Schwenkbrücke 12 an mehreren Stellen einfedert, einmal an den Führungswagen ganz unten unter dem Tisch, aber auch an dem Gegenlager. Hier ist das Einfedern als relative Verschiebung zwischen Gegenlagerbock und Gegenlagerplatte gezeigt.
  • Die 3 zeigt eine stirnseitige Ansicht der Drehschwenkeinheit 1. Wie in 1 ist das Einfedern des Maschinentisches 9 aufgrund des Gewichts von Werkstück 2 dargestellt. Aus Vereinfachungsgründen ist das Verkippen der Schwenkbrücke durch unterschiedliches Einfedern an beiden Enden nicht gezeigt. Die Schwenkposition der Schwenkachse 10 ist 0°.
  • Aus der 4 ergibt sich eine Darstellung der Drehschwenkeinheit 1 in einer stirnseitigen Ansicht, wobei die Schwenkachse auf 90° gestellt ist. Dabei ist bezüglich des Mittelpunkts der Schwenkachse 10 ersichtlich, dass dieser nach unten wandert und dass es zu einer Verdrehung aufgrund von Torsion kommt. Das Verkippen der Drehschwenkeinheit ist aus Anschaulichkeitsgründen nicht dargestellt.
  • Die 5 zeigt die erfindungsgemäße Thematik, wenn die Schwenkeinheit eine Drehbeschleunigung in Richtung des Pfeils ausführt. Die Drehschwenkeinheit 1 ist in stirnseitiger Ansicht gezeigt. Der unbelastete Zustand ist durch gestrichelte Linien eingezeichnet. Die durchgezogenen Linien zeigen, wie sich die Drehschwenkeinheit 1 unter der Belastung des Werkstückgewichts verformt, also nach unten einfedert und verdreht (tordiert). Winkel α gibt den Betrag der Torsion durch Werkstückgewicht an. Mit gepunkteten Linien ist dargestellt, wie die Drehschwenkeinheit 1 unter Belastung des Werkstückgewichts und unter einer in Richtung des Pfeils aufgebrachten Drehbeschleunigung der Schwenkachse 10 noch weiter verdreht. Das gepunktet dargestellte Werkstück ist noch stärker verkippt als das mit durchgezogener Linie dargestellte, da die Drehbeschleunigung zu zusätzlicher Torsion der Schwenkbrücke führt. Winkel β gibt den Betrag der Torsion durch Drehbeschleunigung an. Die Gesamttorsion setzt sich aus der Summe aus Winkel α und Winkel β zusammen. Ein mögliches Verkippen der Drehschwenkeinheit 1 ist aus Anschaulichkeitsgründen nicht dargestellt.
  • Die 6 zeigt das Verhalten der Drehschwenkeinheit 1, wenn diese eine Beschleunigung nach rechts in Pfeilrichtung vollführt. Mit gestrichelten Linien ist die Drehschenkeinheit dargestellt, wenn diese bereits mit dem Werkstückgewicht belastet ist, aber keine lineare Beschleunigung ausführt. Mit durchgezogenen Linien ist dargestellt, wie die Drehschwenkeinheit sich verformt, wenn diese in Pfeilrichtung beschleunigt wird. Dabei federt diese auf der linken Seite nach unten ein und auf der rechten Seite nach oben. Die Drehschwenkeinheit verkippt in dem Fall entgegengesetzt zu der nur durch das Werkstückgewicht verursachten Verkippung. Die Schwenkposition beträgt dabei 0°. Es ergibt sich somit, dass die Einfederung durch die Beschleunigung schwächer ist, als bei dem in 2 gezeigten Zustand, also zum Teil kompensiert wird.
  • Es ergibt sich somit, dass erfindungsgemäß insbesondere das Drehmoment der Schwenkachse 10, die Position der Schwenkachse 10, die lineare Beschleunigung der Drehschwenkeinheit und das Werkstückgewicht als Eingangsgrößen für die Korrektur verwendet werden. Diese Eingangsgrößen oder Teil-Kompensationswerte werden erfindungsgemäß separat bestimmt und dann kombiniert, um die Gesamt-Kompensation berechnen zu können.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Drehschwenkeinheit
    2
    Werkstück
    3
    Gestell
    4
    Portal
    5
    Schlitten
    6
    Schlitten
    7
    Spindel
    8
    Werkzeug
    9
    Maschinentisch
    10
    Schwenkachse
    11
    Drehachse
    12
    Schwenkbrücke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2735928 A1 [0006]
    • EP 2735828 A1 [0015]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer mit einem Werkstück versehenen Drehschwenkeinheit (1) einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen, bei welchem während der Bearbeitung des Werkstücks (2) das Gewicht des Werkstücks (2) auf der Drehschwenkeinheit (1), lineare Beschleunigungen und/oder Verzögerungen der Drehschwenkeinheit (1), das Drehmoment des Antriebs einer Schwenkachse (10) der Drehschwenkeinheit (1) und die Position der Schwenkachse (10) der Drehschwenkeinheit (1) ermittelt und aus diesen Daten zumindest ein Kompensationswert errechnet und der Maschinensteuerung zur Korrektur eines laufenden Bearbeitungsprogramms zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kompensationsgrößen zur Berechnung des Kompensationswerts verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur einzelne Kompensationsgrößen zur Berechnung des Kompensationswerts verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Drehmoments des Antriebs der Schwenkachse (10) Reibkräfte in Dichtungen und/oder Lagern der Schwenkachse (10) berücksichtigt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungen durch Messung der jeweiligen, zur Bewegung benutzten Motorströme bestimmt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstückgewicht während der Bearbeitung in einem vorgegebenen Zeitintervall neu gemessen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des laufenden Bearbeitungsprogramms während der Bearbeitung des Werkstücks (2) zur Anpassung der jeweiligen Sollwerte für die einzelnen Bewegungsachsen der Werkzeugmaschine erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maschinensteuerung ein Kompensationsmodell, mit welchem die ermittelten Kompensationswerte verarbeitet werden, hinterlegt ist.
DE102015201439.8A 2015-01-28 2015-01-28 Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen Withdrawn DE102015201439A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015201439.8A DE102015201439A1 (de) 2015-01-28 2015-01-28 Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen
PCT/EP2016/050974 WO2016120121A1 (de) 2015-01-28 2016-01-19 Verfahren zur kompensation von verformungen einer drehschwenkeinheit einer werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen bewegungsvorgängen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015201439.8A DE102015201439A1 (de) 2015-01-28 2015-01-28 Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015201439A1 true DE102015201439A1 (de) 2016-07-28

Family

ID=55299432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015201439.8A Withdrawn DE102015201439A1 (de) 2015-01-28 2015-01-28 Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015201439A1 (de)
WO (1) WO2016120121A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018006612A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Franz Kessler Gmbh Verfahren zur Bestimmung von Masse und Schwerpunktlage einer Zuladung eines Bewegungssystems, insbesondere bei einer Werkzeugmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69934251T2 (de) * 1999-10-20 2007-07-05 Makino Milling Machine Co. Ltd. Nc-werkzeugmaschine und verfahren zur steuerung der nc-werkzeugmaschine
EP2735928A1 (de) 2012-11-21 2014-05-28 Maschinenfabrik Berthold Hermle AG Verfahren zur Einjustierung einer werkstücktragenden Baugruppe eines Bearbeitungszentrums für die spanende Werkstückbearbeitung
EP2735828A1 (de) 2012-11-21 2014-05-28 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Kältegerät mit Türscharnieranordnung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7847502B2 (en) * 2007-01-04 2010-12-07 Fanuc Ltd Device and method for controlling machine tool
JP5291820B2 (ja) * 2011-05-26 2013-09-18 ファナック株式会社 揺動体の揺動制御装置及び工作機械
EP2719499B1 (de) * 2012-10-12 2014-12-17 Maschinenfabrik Berthold Hermle AG Bearbeitungszentrum für die spanende Bearbeitung mit einer Unwucht-Messeinrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69934251T2 (de) * 1999-10-20 2007-07-05 Makino Milling Machine Co. Ltd. Nc-werkzeugmaschine und verfahren zur steuerung der nc-werkzeugmaschine
EP2735928A1 (de) 2012-11-21 2014-05-28 Maschinenfabrik Berthold Hermle AG Verfahren zur Einjustierung einer werkstücktragenden Baugruppe eines Bearbeitungszentrums für die spanende Werkstückbearbeitung
EP2735828A1 (de) 2012-11-21 2014-05-28 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Kältegerät mit Türscharnieranordnung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018006612A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Franz Kessler Gmbh Verfahren zur Bestimmung von Masse und Schwerpunktlage einer Zuladung eines Bewegungssystems, insbesondere bei einer Werkzeugmaschine
US11828671B2 (en) 2018-08-21 2023-11-28 Franz-Kessler Gmbh Method for determining the mass and the position of the centre of gravity of an additional load of a movement system, in particular in the case of a machine tool

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016120121A1 (de) 2016-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014005664B3 (de) Koordinatenmessgerät und Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgerätes
DE102015007132B4 (de) Motorsteuervorrichtung
EP2048556B1 (de) Verfahren zur Ermittlung von Kenngrössen einer angetriebenen nicht horizontal ausgerichteten Achse, insbesondere einer Werkzeugmaschine, sowie geeignete Anwendungen, korrespondierende Vorrichtungen und deren Verwendung
EP2919081B1 (de) Bearbeitungsmaschine mit Berücksichtigung von Lagefehlern bei Kollisionsprüfung
EP3456462A1 (de) Werkzeugmaschine zur bearbeitung eines werkstücks
WO2016174254A1 (de) Koordinatenmessgerät mit luftlagerüberwachung und - einstellung
WO2007090668A1 (de) Servo-presse
DE102015212222A1 (de) Lagerelement zur Halterung einer Führungsschienenbefestigung eines Aufzugsystems
DE10150225A1 (de) Verfahren zur Verringerung von Fehlern bei der Positionierung eines Roboters gegenüber einem Werkstück
WO2014201490A1 (de) Hinteranschlagvorrichtung für eine biegemaschine
WO2022033777A1 (de) Betreiben einer wenigstens zweiachsigen werkzeugmaschine
DE102015201439A1 (de) Verfahren zur Kompensation von Verformungen einer Drehschwenkeinheit einer Werkzeugmaschine aufgrund von dynamischen Bewegungsvorgängen
EP1707310B1 (de) Verfahren zur Erweiterung der Bandbreite eines Antriebssystems mit einem Motor und angekoppelter schwingungsfähiger Mechanik, die vorzugsweise auf Kugelrollspindelsystemen basiert, sowie Vorschubantrieb zur Durchführung eines solchen Verfahrens
AT512526B1 (de) Positionsausgleichsvorrichtung in einer werkzeugmaschine
DE19851781A1 (de) Dynamikfehlerkompensation für Werkzeugmaschinen durch eine Hilfsachsbewegung
DE10326247B4 (de) Koordinatenmessmaschine
EP2433745B1 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken
DE102010060627B4 (de) Umformmaschine mit Stößelregelung
DE102015113890A1 (de) Werkzeugmaschine mit Werkstückpositions- und gewichtsabhängiger Einfederungskompensation
DE102010001829B4 (de) Verfahren zur Bewegung eines Maschinenelements einer Maschine aus der Automatisierungstechnik und Antriebssystem
DE102015221660A1 (de) Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine
DE102005039075A1 (de) Verfahren zur Positionierung eines Speichergegenstandes, vorzugsweise eines Werkzeuges und/oder eines Werkstückes
WO2008061851A1 (de) Werkzeugmaschine, betriebsverfahren für eine werkzeugmaschine und hiermit korrespondierende gegenstände
DE102015219049B4 (de) Verfahren zur Ermittlung eines Regelungsparameters eines Drehtisches
DE102010001781A1 (de) Verfahren zur Bewegung eines Maschinenelements einer Maschine aus der Automatisierungstechnik und Steuereinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee