DE102020110343A1

DE102020110343A1 - Verfahren zur adaptiven Vorschubregelung an einer CNC-gesteuerten Drehmaschine

Info

Publication number: DE102020110343A1
Application number: DE102020110343.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: DE102020110343B4

Abstract

Verfahren zur adaptiven Vorschubregelung an einer CNC-gesteuerten Drehmaschine mit einem drehenden Werkstück (1) und mit einem durch einen Vorschubantrieb entlang einer zu einer Spindelachsel (2) parallelen Vorschubachse und einem Zustellantrieb eines auf einer Halteachse quer zur Spindelachse (2) verstellbaren Drehwerkzeug (3), dessen Betriebsparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe über ein Programm festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme des Zustellantriebes detektiert und daraus die passive Schneidkraft FPan dem Drehwerkzeug (3) errechnet wird, die rechnergestützt zur Ermittlung der Zerspanungsbedingungen und zur Bestimmung der Vorschubkraft Fv herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Vorschubregelung an einer CNC-gesteuerten Drehmaschine gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Es ist eine Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes bekannt, DE 19 54 845 B2 , bei dem die aktuelle Zerspankraft über den Drehmomentverlauf der Drehspindel der Drehmaschine bzw. über deren aktuellen Strombedarf ermittelt wird.
Die Parameter Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe eines Zerspanungsprozesses werden dem Werkzeug mit einem Zerspanungsprogramm mitgegeben. Die Schnittgeschwindigkeit ist im Falle der Drehbearbeitung die Rotation (Drehzahl) des Werkstückes und wird in m/min angegeben. Da ein Werkstück bei einer Drehoperation am Umfang abnimmt, muss die Drehmaschine bei jedem veränderten Durchmesser die Drehzahl anpassen, das heißt erhöhen, um die Schnittgeschwindigkeit konstant zu halten. Dies erfolgt bei CNC-Maschinen automatisch. Für die klassischen adaptiven Regelungen führt dies zu Problemen, da bei höherer Drehzahl ein höheres Drehmoment bzw. eine größere Stromaufnahme an der Drehspindel anliegt, sodass eine Umrechnung in eine Schnittkraft nicht sicher möglich ist, weswegen solche adaptiven Regelungen für Drehmaschinen nicht häufig angeboten werden.
Nachteilig an solchen bekannten Vorrichtungen ist, dass spätestens dann, wenn gleichzeitig zwei Werkzeuge an einem Werkstück arbeiten sollen, ein Erkennen der Schnittkraft an dem jeweiligen Werkzeug über das Messen der Stromaufnahme des Antriebes der Drehspindel gar nicht mehr möglich ist. Versuche die jeweilige Schnittkraft über die zugehörige Bewegungsachse zu erkennen scheitern daran, dass die zu regelnden Bewegungsachsen nicht als Eingangsgröße verwendet werden können. Durch Veränderung der Geschwindigkeit wird auch automatisch der Stromverbrauch an der Achse erhöht, wobei dieser Anstieg jedoch nichts mit dem Anstieg der Zerspankraft zu tun hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur adaptiven Vorschubregelung an einer CNC-gesteuerten Drehmaschine zur Verfügung zur stellen, welches es ermöglicht, auch unter schwierigen Bedingungen die Schnittkräfte richtig zu erfassen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Patentanspruches erfindungsgemäß aus dessen gekennzeichneten Merkmalen dadurch, dass bei einer Drehmaschine mit einem drehenden Werkstück und einem durch einen Vorschubantrieb entlang einer zu einer Spindelachse parallelen Vorschubachse und einem Zustellantrieb eines auf einer Halteachse quer zur Spindelachse verstellbaren Drehwerkzeug die Stromaufnahme des Zustellantriebes detektiert und daraus die passive Schneidkraft F_P an dem Drehwerkzeug errechnet wird, die rechnergeschützt zur Ermittlung der Zerspanungsbedingungen und zur Bestimmung der Vorschubkraft herangezogen wird.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrens ist, dass, nicht wie üblich, die Achse zu messen ist, die auch die Vorschubkraft wiedergibt, sondern dass diejenige Achse gemessen wird, die als passive Achse bezeichnet wird. Diese passive Achse hat die Aufgabe das festgelegte Maß auf dem Bauteil zu halten, wobei das Wesentliche daran ist, dass auch diese passive Schneidkraft F_P die unterschiedlichen Zerspanungsbedingungen bei der Drehbearbeitung wiederspiegelt. Der besondere Vorteil daran ist, dass diese passive Schneidkraft F_P von der Vorschubbewegung unabhängig ist, sodass eine genaue Kraftermittlung ermöglicht wird.
Von besonderem Vorteil an diesem erfinderischen Verfahren ist weiterhin, dass es sich durch seine Einfachheit und Zuverlässigkeit auszeichnet, sowie leicht und einfach in allen vorhandenen Systemen integriert und auch nachgerüstet werden kann, da keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden, um dieses erfinderische Verfahren anzuwenden. Des Weiteren zeichnet es sich durch eine sehr hohe Bedienerfreundlichkeit aus, da im Vorfeld keine besonderen Einstellungen an der CNC-gesteuerten Drehmaschine erforderlich sind. Alle für die Regelung erforderlichen Einstellungen werden automatisch bei voller Leistung während der Bearbeitung ermittelt. Die durchgeführten Messungen, deren Auswertung und die sich daraus ergebenden Regelungen werden softwaremäßig in der Steuerung gespeichert, sodass das Verfahren auch kein besonders geschultes Personal erfordert, um es fehlerfrei anzuwenden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Bei dem ersten Einsatz des erfinderischen Verfahrens ermittelt ein Programm als erstes die Bearbeitungsrichtung. Wird eine Bewegung in einer Richtung erkannt, wird automatisch die Schnittkraft der dazu passenden Halteachse gemessen und der höchste Wert erfasst. Beim Drehen in die andere Richtung wird automatisch auf die Schnittkraft der anderen Halteachse umgeschaltet. Ein erster Arbeitsgang wird unter Ausnutzung der zulässigen Betriebsparameter bei vollem Einsatz durchgefahren und aus der höchsten Antriebsleistung des Zustellantriebes die höchste passive Schneidkraft und daraus die höchste Schnittkraft errechnet und in der Steuerung gespeichert, wobei diese Werte dann anschließend für die Regelung des weiteren Verfahrens verwendet werden.
Beim nächsten zu drehendem Werkstück wird zunächst geprüft, ob bei diesem Drehwerkzeug die maximalen Werte bereits erfasst wurden. Wenn ja, wird anhand dieser Werte eine Regelung eingeschaltet. Bei jedem weiteren Werkstück wird anhand einer Formel aus der gemessenen passiven Schneidkraft F_P die Zerspankraft berechnet und daraufhin die Geschwindigkeit des Drehwerkzeuges geregelt.
Eine Veränderung der anstehenden Zerspankraft führt dazu, dass der Regelmotor der jeweiligen Achse je nach auftretender Kraft gegenregeln muss. Die Drehmaschine regelt die Achse nach, um eine Veränderung der Position zu verhindern.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfinderische Verfahren beim Einsatz mindestens eines weiteren Drehwerkzeuges anwenden, dessen Werte für die passive Schneidkraft F_P für die Regelung und Ermittlung der Zerspanungsbedingungen und damit zur Bestimmung der Vorschubkraft herangezogen werden, die vollkommen unabhängig ist von der Stromaufnahme des Drehspindelantriebes und dessen Drehmomentänderungen.
Hierdurch wird erstmal eine adaptive Vorschubregelung an einer CNC-Drehmaschine möglich, an der gleichzeitige zwei oder mehr Werkzeuge arbeiten. Somit ist es ebenfalls möglich an Mehrspindeldrehmaschinen eine adaptive Vorschubregelung einzusetzen, was als Ergebnis eine verbesserte Laufzeit und eine erhöhte Werkzeugstandzeit liefert.
Nachfolgend wird die Schnittkraftverteilung an einer Drehmaschine anhand einiger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 die wichtigsten Zerspankräfte beim Drehen,
2 die passiven Schnittkräfte von zwei separaten Drehwerkzeugen an einem Werkstück, und
3 eine Vorschubregelung nach gemessener passive Schneidkraft F_P

1 zeigt ein Werkstück 1, welches um eine Spindelachse 2 gedreht wird und mittels eines Drehwerkzeuges 3, einer sogenannten Wendeplatte, bearbeitet wird, welche an einem Drehmeißel festgelegt ist, wobei eine Vorschubkraft Fv zu einer Schnittkraft F_S und einer passiven Schneidkraft F_P führt, die zur Ermittlung der Zerspanungsbedingungen und zur Bestimmung der Vorschubkraft Fv herangezogen wird.
2 zeigt ein Werkstück 1, an dem zwei sich gegenüberliegende Drehwerkzeuge 3 gleichzeitig im Eingriff sind, wobei jedes Drehwerkzeug 3 eine eigene passive Schneidkraft F_P erzeugt, sodass die Zerspanungsbedingungen unabhängig von einem Spindeldrehmoment bzw. der Stromaufnahme eines Spindelantriebes bestimmt und nachgeregelt werden können.
3 verdeutlicht, dass bei abnehmender Schnittkraft Fs, und damit auch die passive Schneidkraft F_P, unabhängig von der Drehzahl, ein an der Schnittkraft anpassenden Vorschub V, über die komplette Bearbeitungslänge eines Werkstückes 1 erzielt werden kann.
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

DE 1954845 B2 [0002]

Claims

Verfahren zur adaptiven Vorschubregelung an einer CNC-gesteuerten Drehmaschine mit einem drehenden Werkstück (1) und mit einem durch einen Vorschubantrieb entlang einer zu einer Spindelachsel (2) parallelen Vorschubachse und einem Zustellantrieb eines auf einer Halteachse quer zur Spindelachse (2) verstellbaren Drehwerkzeug (3), dessen Betriebsparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe über ein Programm festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme des Zustellantriebes detektiert und daraus die passive Schneidkraft F_P an dem Drehwerkzeug (3) errechnet wird, die rechnergestützt zur Ermittlung der Zerspanungsbedingungen und zur Bestimmung der Vorschubkraft Fv herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei seinem ersten Einsatz bei einem ersten Werkstück (1) unter Ausnutzung der zulässigen Betriebsparameter ein erster Arbeitsgang bei vollem Einsatz durchfahren und aus der höchsten Antriebsleistung des Zustellantriebes die höchste passive Schneidkraft F_P und daraus die höchste Schnittkraft Fs errechnet und gespeichert wird und dass dieser Wert für die Regelung des weiteren Verfahrens verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem weiteren Werkstück (1) anhand einer Formel aus der gemessenen passiven Schneidkraft F_P an einem Drehwerkzeug (3) die Zerspannkraft berechnet und daraufhin die Geschwindigkeit des Drehwerkzeuges (3) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Veränderung der Zerspanungskraft ein Regelmotor der jeweiligen Achse je nach auftretender Kraft dieser Veränderung entgegenregelt, um ein Verändern der Position zu verhindern.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Werkstück 1 mindestens ein weiteres Drehwerkzeug (3) angreift, dessen Werte für die maximale passive Schneidkraft F_P aus denen des ersten Drehwerkzeuges (3) ermittelt werden.