DE102022107614A1

DE102022107614A1 - Konventionelle Drehmaschine und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102022107614A1
Application number: DE102022107614.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Eckardt
Original assignee: Weiler Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Weiler Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2022-10-06
Also published as: DE202022101707U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine konventionelle Drehmaschine, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Maschine. Dabei wird der Hauptspindelmotor (D11) von der Motorregelung (D12) aktiviert mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf (PN) der Hauptspindel. In einer Zeitspanne (tm) nach der Aktivierung (t=0) wird zumindest ein Schwellwert (MS1, MS2, MS3) für das Momentan-Drehmoment (Mmom) des Hauptspindelmotors überwacht, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (PS1, PS2, PS3) mit reduzierter Antriebsdynamik einer Aufspannung zugeordnet ist, die ein im Mittel erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist. Der Hauptspindelmotor wird von der Motorregelung an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf mit einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf weiter angefahren, wenn während der Zeitspanne im Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors eine Überschreitung des Schwellwerts detektiert wurde, der dem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf der Hauptspindel zugeordnet ist. Wird die Überschreitung eines Schwellwerts durch das Momentan-Drehmoment detektiert, so ist dies ein Indiz für eine Aufspannung mit einem erhöhten Massenträgheitsmoment. Die Erfindung macht es möglich, in einem solchen Fall den Regelparametersatz für den Normalhochlauf durch einen Regelparametersatz auszutauschen, der für eine Aufspannung mit einem im Mittel erhöhten, hohen oder sehr hohen Massenträgheitsmoment besonders geeignet ist. Hiermit kann ein Sanfthochlauf einer konventionellen Drehmaschine auch bei Aufspannungen mit u.U. stark schwankenden Massenträgheitsmomenten verschleißarm und ohne Eingriffe durch einen Bediener automatisch ablaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine konventionelle Drehmaschine, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer konventionellen Drehmaschine.
Unter einer konventionellen Drehmaschine wird bei der Erfindung eine handgesteuerte Drehmaschine ohne numerische Steuerung verstanden. Drehmaschinen dieser Art sind z.B. in DIN EN ISO 23125:2010-10 beschrieben und werden dort als Maschinen der Bauart 1 bezeichnet. Solche Drehmaschinen sind zur manuellen Bedienung durch eine Person vorgesehen und mit einfachen Steuerungen ausgestattet. Der Betrieb der Maschine wird von einer Bedienperson visuell überwacht. Eine konventionelle Drehmaschine ist in der Regel mit einer Zugspindel zum Antrieb eines Bettschlittens auf einem Maschinenbett ausgestattet. Zudem ist zum Antrieb der Hauptspindel ein Hauptspindelmotor vorhanden, dessen Rotation mittels einer mechanischen Übertragungsvorrichtung, die in der Regel einen Riementrieb enthält, auf die Hauptspindel übertragen wird. Zudem kann eine konventionelle Drehmaschine mit einer Leitspindel ausgestattet sein, worüber der Bettschlitten, besonders in der Betriebsart Gewindeschneiden, an Stelle der Zugspindel angetrieben wird. Eine solche konventionelle Drehmaschine ist z.B. aus der DE 202019104050 U1 bekannt.
Nachfolgend wird unter dem Begriff der Aufspannung die Summe aus dem aktuell an der Hauptspindel angebrachten Spannmittel und dem jeweils darin gehaltenen Werkstück verstanden. Jede Aufspannung weist auf Grund von deren Gesamtmasse und der Verteilung der Masse um die Rotationsachse der konventionellen Drehmaschine ein Massenträgheitsmoment auf. Hiervon werden insbesondere das Hochlaufverhalten und die Belastung des Hauptspindelmotors einschließlich der mechanischen Übertragungsvorrichtung maßgeblich beeinflusst. Der Begriff Massenträgheitsmoment für eine rotierende Aufspannung, d.h. ein Spannmittel mit einem Werkstück, kann zur Vereinfachung auch mit Massenträgheit oder Trägheit abgekürzt werden.
Bei einer Werkstückbearbeitung auftretende Überlastungszustände der Antriebe und Mechanik, z.B. hervorgerufen durch die Vorgabe zu großer Vorschubgeschwindigkeiten und Spantiefen, können durch einen Bediener erkannt und mit entsprechenden Maschineneingriffen beseitigt wird. Dies ist bei einem Anlauf einer konventionellen Drehmaschine nicht möglich. Ein Eingriff zur Vermeidung einer Überlastung ist einem Bediener erst nach einem vollständigen Hochlauf der konventionellen Drehmaschine möglich. Selbst erfahrenen Bedienern ist eine Abschätzung, ob bei einer bestimmten Aufspannung eine Überlastung einer einfachen, konventionellen Drehmaschine während eines Anlaufs zu befürchten ist, nicht sicher möglich.
So kann bei einem Hochlauf der Hauptspindel einer konventionellen Drehmaschine mit einer Aufspannung, die zumindest ein im Mittel erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist, von der Motorregelung eine hohe Antriebsdynamik auf den Hauptspindelmotor ausgeübt werden. Dabei können besonders auf die Komponenten der mechanischen Übertragungsvorrichtung, z.B. einen Riementrieb, unerwünscht hohe mechanische Belastungen einwirken. Diese können einen erhöhten Verschleiß, einen unerwünschten Schlupf in der Übertragungsvorrichtung, z.B. ein Rutschen des Riementriebs, und im äußersten Fall ein Versagen, z.B. ein Zerreisen des Riementriebs, zur Folge haben. Es kann auch die sichere Einspannung eines Werkstücks im Spannmittel beeinträchtigt werden und sich das Werkstück lösen.
Weiterhin können bei einem solchen Hochlauf auch Schwingungen im Drehzahlverlauf der Hauptspindel auftreten. Insbesondere bei Erreichen der Solldrehzahl können Überschwingen auftreten. Diese können einen weiteren Verschleiß in der konventionellen Drehmaschine zur Folge haben. Insbesondere kann die Vollendung eines Hochlaufs hierdurch unerwünscht verzögert werden. Ein Bediener muss dann unter Umständen mit dem Beginn der Bearbeitung eines Werkstücks warten, bis die Drehzahlschwankungen der Hauptspindel ausreichend abgeklungen sind und die Hauptspindeldrehzahl als weitgehend konstant angesehen werden kann.
Diese unerwünschten Wirkungen treten in zunehmenden Maß mit Zunahme des vom Hauptantrieb jeweils zu beschleunigenden mittleres Massenträgheitsmoments an der Hauptspindel auf, d.h. bei einer Aufspannung mit einem erhöhten, hohen bzw. sehr hohen Massenträgheitsmoment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine konventionelle Drehmaschine sowie ein Betriebsverfahren für eine solche konventionelle Drehmaschine anzugeben, wobei der Antrieb der Hauptspindel auch bei einer Aufspannung, die ein erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist, verschleißarm und schnell hochläuft.
Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen konventionellen Drehmaschine. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit dem im Anspruch 13 angegebenen Verfahren zum Betrieb einer konventionellen Drehmaschine. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine konventionelle Drehmaschine mit einer Hauptspindel, die von einem Hauptspindelmotor mit einer Motorregelung angetrieben wird und über eine Maschinensteuerung verfügt.
Der Hauptspindelmotor einer erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine wird von einer Motorregelung betrieben, deren Regelparameter in einer Maschinensteuerung hinterlegt sind. Die Regelung und deren Regelparameter sind so gewählt, dass die Hauptspindel mit der jeweils daran befindlichen Aufspannung nach einer Aktivierung, d.h. einer Einschaltung des Hauptspindelmotors und einem mit der Drehzahl 0 beginnenden Anlauf, eine gewünschte Drehzahl möglichst in einer vergebenen Hochlaufzeit erreicht. Die Motorregelung ist somit vorzugsweise als eine Drehzahlregelung für die Hauptspindel ausgeführt.
Eine konventionelle Drehmaschine gemäß der Erfindung ist eine handgesteuerte Drehmaschine ohne numerische Steuerung. Drehmaschinen dieser Art sind z.B. in der DIN EN ISO 23125:2010-10 beschrieben und werden dort als Maschinen der Bauart 1 bezeichnet. Solche Drehmaschinen sind mit einfachen Steuerungen ausgestattet und zur manuellen Bedienung durch eine Person vorgesehen. Der Betrieb der Drehmaschine wird von der Bedienperson visuell überwacht. In der Praxis sind konventionelle Drehmaschinen häufig mit einer Zugspindel zum Antrieb des Bettschlittens ausgestattet. Es kann zusätzlich eine Leitspindel vorhanden sein. Hierüber kann der Bettschlitten nach Kopplung mit einer Schlossmutter besonders in der Betriebsart Gewindeschneiden an Stelle der Zugspindel angetrieben werden.
Erfindungsgemäß sind in der Maschinensteuerung der konventionellen Drehmaschine hinterlegt ein Regelparametersatz für die Motorregelung für den Normalhochlauf der Hauptspindel mit einer Aufspannung, die ein im Mittel normales Massenträgheitsmoment aufweist, sowie zumindest einen Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf mit reduzierter Antriebsdynamik der Hauptspindel mit einer Aufspannung, die ein im Mittel zumindest erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist. Ein Normalhochlauf bzw. Sanfthochlauf kann auch als ein Hochlauf der Hauptspindeldrehzahl mit einer Normalbeschleunigung bzw. Sanftbeschleunigung bezeichnet werden.
Bei der Erfindung wird ein mittleres Massenträgheitsmoment einer Aufspannung als normal bezeichnet, wenn diese z.B. ein Standard-Spannfutter als Spannmittel und ein üblicherweise auf einer konventionellen Drehmaschine zu bearbeitendes Werkstück mit mittleren Abmessungen umfasst, z.B. eine gestreckte Welle mit einem durchschnittlichen Durchmesser. Unter einem durchschnittlichen Durchmesser wird bei der Erfindung ein Wert verstanden, der annähernd im mittleren Bereich der maximal zulässigen Umlaufdurchmesser von Werkstücken über dem Planschlitten liegt, die an der Hauptspindel der jeweiligen konventionellen Drehmaschine fixierbar sind. Weiterhin wird bei der Erfindung ein mittleres Massenträgheitsmoment einer Aufspannung als erhöht bezeichnet, wenn diese z.B. eine Planscheibe als Spannmittel und ein zu Werkstück mit einem größeren Durchmesser umfasst. Dies beruht darauf, dass eine Planscheibe Massen aufweist, die im Vergleich zu einem Standard-Spannfutter in einem größeren Radius vom Drehzentrum entfernt angeordnet sind. Entsprechendes gilt für ein übergroßes Werkstück mit einem größeren Durchmesser.
Weiterhin wird bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein mittleres Massenträgheitsmoment einer Aufspannung als hoch bezeichnet, wenn diese z.B. eine große Planscheibe als Spannmittel sowie ein Werkstück mit großem Durchmesser und außenliegenden Massen umfasst, z.B. ein Rohr. Schließlich wird bei der vorliegenden Erfindung ein mittleres Massenträgheitsmoment einer Aufspannung als sehr hoch bezeichnet, wenn diese z.B. ein für die jeweilige Drehmaschine größtmögliches Spannmittel sowie ein Werkstück mit einem sehr großen Durchmesser und sehr großen außenliegenden Massen aufweist. Ein Beispiel für ein solches Werkstück ist z.B. ein dickwandiges Rohr, welches einen so großen Durchmesser aufweist, dass es mit einem kleinen bzw. geringstmöglichen Abstand noch kollisionsfrei über dem Planschlitten angeordnet werden kann.
Es ist bei der Erfindung besonders vorteilhaft, dass die beim Betrieb einer konventionellen Drehmaschine typischerweise auftretenden Aufspannungen und deren Massenträgheitsmomente in Wertebereiche geordnet sind, d.h. zumindest in einen Wertebereich für Aufspannungen mit einem im Mittel normalen Massenträgheitsmoment, sowie einem weiteren im Vergleich dazu im Mittel erhöhten Massenträgheitsmoment. Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung können die Massenträgheitsmomente bei besonders wuchtigen und von den normalen Verhältnissen abweichenden Aufspannungen vorteilhaft noch weiter strukturiert werden, d.h. in Wertebereiche für erhöhte, hohe und sehr hohe Massenträgheitsmomente. Diese stufenartige Zuordnung von Massenträgheitsmomentbereichen zu typischerweise beim Betrieb einer konventionellen Drehmaschine auftretenden Aufspannungen bietet eine besonders vorteilhafte und einfache Weise, das Anlaufverhalten einer konventionellen Drehmaschine gemäß der Erfindung zu verbessern.
Bei der Erfindung enthält ein Regelparametersatz für einen Normalhochlauf der Hauptspindel Regelparameter, welche für die Beschleunigung einer Aufspannung mit einem im Mittel normalen, d.h. durchschnittlichen Massenträgheitsmoment angepasst sind. Mit diesen Parametern kann die Motorregelung die Hauptspindel mit einer derartigen Aufspannung in einer üblichen Hochlaufzeit vom Stillstand bis zum Erreichen einer Solldrehzahl anfahren. Dabei werden die beteiligten Bauteile in der mechanischen Drehmoment-Übertragungsvorrichtung im Antriebsstrang der konventionellen Drehmaschine, z.B. ein Antriebsriemen, in einem normalen Ausmaß beansprucht, d.h. weitgehend verschleißarm und ohne dynamische Überlastungen.
Ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf enthält erfindungsgemäß Regelparameter, welche für die Beschleunigung der Hauptspindel mit Aufspannungen angepasst sind, die ein für eine konventionelle Drehmaschine durchschnittliches Massenträgheitsmoment überschreiten. Darin sind die Regelparameter im Vergleich zu einem Regelparametersatz für den Normalhochlauf so angepasst, dass die Motorregelung eine geringere Antriebsdynamik entwickelt. Es treten sanftere Geschwindigkeitsübergänge der Hauptspindel mit der daran gehaltenen Aufspannung zwischen Beschleunigungs- und Bremsabschnitten, auch Entschleunigungsabschnitte genannt, sowie möglichen dazwischen liegenden Abschnitten mit konstanter Beschleunigung auf. Wegen der auf diese Weise verlängerten Regelungs- und Vorgangszeiten wird das Auftreten von Belastungsspitzen durch ruckartige Regeleingriffe verhindert, die für eine Beschleunigung von Aufspannungen mit erhöhten Massenträgheitsmomenten bei einer konventionellen Drehmaschine nicht angemessen wären.
Gemäß der Erfindung ist in der Maschinensteuerung weiterhin eine Zeitspanne hinterlegt, welche nach Aktivierung des Hauptspindelmotors abläuft. Die Dauer der Zeitspanne deckt erfindungsgemäß beginnend mit einem Stillstand die erste Anlaufphase des Hauptspindelmotors mit der Inbewegungsetzung der Hauptspindel sowie der daran fixierten Aufspannung ab.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Zeitspanne zumindest die Losreißphase der Hauptspindel unmittelbar nach einer Aktivierung des Hauptspindelmotors. Bei einer konventionellen Drehmaschine kann die Zeitspanne bevorzugt einen im Bereich von 200 bis 800 Millisekunden liegenden Zeitraum umfassen. Eine solche Dauer ist zweckmäßig, da diese einerseits lang genug für die erfindungsgemäße Überwachung des Momentan-Drehmoments und andererseits so kurz wie möglich ist, sodass die Beschleunigung der Hauptspindel überwiegend unter Anwendung eines für die jeweilige Massenträgheit geeigneten Regelparametersatzes erfolgt, d.h. entweder weiterhin mit dem für den Normalhochlauf oder für einen Sanfthochlauf.
Erfindungsgemäß ist in der Maschinensteuerung weiterhin zumindest ein Schwellwert für das Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors hinterlegt und dieser einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf der Hauptspindel zugeordnet. Der Schwellwert für das Momentan-Drehmoment stellt eine Grenze dar. Diese ist vorteilhaft so gewählt, dass bei deren Überschreitung die Einwirkung eines Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf der Hauptspindel auf die Motorregelung zu einem für die konventionelle Drehmaschine günstigeren Anlaufverhalten mit reduzierter Antriebsdynamik führen würde.
Um dies zu erreichen, ist die Maschinensteuerung gemäß der Erfindung so ausgebildet, dass diese bei einer Aktivierung des Hauptspindelmotors der Motorregelung zunächst den Regelparametersatz für den Normalhochlauf bereitstellt und in der Zeitspanne insbesondere unmittelbar nach der Aktivierung das Momentan-Drehmoment überwacht. Wurde während der Zeitspanne von der Maschinensteuerung im Momentan-Drehmoment eine Überschreitung des dem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zugeordneten Schwellwerts detektiert, so wird der Motorregelung des Hauptspindelmotors an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf der dem überschrittenen Schwellwert zugeordnete Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf für den weiteren Hochlauf bereitstellt.
Die Zeitspanne kann zweckmäßig so gewählt werden, dass diese einerseits lang genug für die Ermittlung eines repräsentativen Drehmomentverlaufs und andererseits so kurz wie möglich ist, sodass die Beschleunigung der Hauptspindel nur sehr kurzzeitig unter Einsatz eines u.U. ungeeigneten Regelparametersatzes erfolgt.
Bei der Erfindung erfolgt somit eine Aktivierung des Hauptspindelmotors regelmäßig derart, dass von der Maschinensteuerung zunächst der Regelparametersatz für den Normalhochlauf bereitgestellt und von dieser von der Motorregelung verarbeitet wird. Die Drehmaschine läuft mit derartigen Randbedingungen aus dem Stillstand an. Im Normalfall, d.h. bei einer Aufspannung mit einer im Mittel normalen Massenträgheit, sind diese passend und führen in gewünschter Weise zu einem Hochlauf ohne Maschinenüberlastungen. Wird dagegen eine Verletzung des Schwellwerts detektiert, so wird nach Ablauf der Zeitspanne, d.h. möglichst kurzzeitig nach der Aktivierung, der Regelparametersatz in der Motorregelung von der Maschinensteuerung durch einen Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf ausgetauscht. Der Hochlauf der Drehmaschine erfolgt nur kurzzeitig nach der Aktivierung mit einem ungünstigen Parametersatz, so dass Maschinenüberlastungen kaum Auswirkungen hervorrufen können. Der überwiegende weitere Teil des Hochlaufs erfolgt dann unter Einwirkung eines günstigeren Parametersatzes bei reduzierter Antriebsdynamik.
Bei Aktivierung des Hauptspindel wird diese durch den Hauptspindelmotor zunächst mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf in Rotation versetzt. Während der Zeitspanne wird das vom Hauptspindelmotor unter Anwendung des Regelparametersatz für einen Normalhochlauf erzeugte und auf die Hauptspindel übertragene Momentan-Drehmoment von der Maschinensteuerung erfasst und aufgezeichnet. Unter dem Begriff Momentan-Drehmoment wird der aktuelle Drehmomentistwert verstanden, der vom Hauptspindelmotor insbesondere zur Beschleunigung der Hauptspindel mit einer daran befestigten Aufspannung bei einem Maschinenhochlauf aufgebracht wird. Weist der während der Zeitspanne erfasste Verlauf des Momentan-Drehmoments eine Überschreitung eines hinterlegten Schwellwerts auf, wird durch die Maschinensteuerung in dem Regler des Hauptspindelmotors der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf mit dem diesem Schwellwert zugeordneten Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf ersetzt und die Beschleunigung der Hauptspindel mit diesem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bis zum Erreichen der gewünschten Drehzahl fortgesetzt. Das während der Zeitspanne mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf auftretende maximale Drehmoment des Hauptspindelmotors dient somit als Indikator für die Massenträgheit der zu beschleunigenden Aufspannung, sodass nach Ablauf der Zeitspanne ein für die abgeleitete Massenträgheit der jeweiligen Aufspannung geeigneter Regelparametersatz von der Maschinensteuerung an den Regler übergeben und die Beschleunigung mit diesem Regelparametersatz fortgesetzt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft das Beschleunigungsverhalten und die Dynamik des Hauptspindelmotors individuell auf die Massenträgheit der jeweiligen Aufspannung angepasst und harmonisiert.
Vorteilhaft wird der Regelparametersatz, der mit Hilfe der Erfindung während der Zeitspanne als optimal erkannt wurde, d.h. der ursprüngliche Regelparametersatz für den Normalhochlauf oder ein ausgetauschter Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf, auch für den weiteren Betrieb der konventionellen Drehmaschine und die Durchführung der vorgesehenen Werkstückbearbeitungen beibehalten.
Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, dass ein verschleißarmer Hochlauf einer konventionellen Drehmaschine automatisch auch dann möglich ist, wenn ein Maschinenbediener das Vorhandensein einer Aufspannung mit einem unerwünscht hohen Massenträgheitsmoment nicht bemerkt, oder deren Ausmaß nicht abschätzen kann. Die Erfindung ermöglicht der Maschinensteuerung eine Beobachtung der Art der jeweiligen Aufspannung an der Hauptspindel in der Zeitspanne insbesondere unmittelbar nach der Aktivierung des Hauptspindelmotors. Erfindungsgemäß wird hierzu das insbesondere in der Losreißphase nach der Aktivierung des Hauptspindelmotors von der Motorregelung aktuell aufgebrachte Drehmoment überwacht, um Hauptspindel und Aufspannung in Bewegung zu setzen. Die Maschinensteuerung kann hieraus ableiten, ob es sich bei der jeweiligen Aufspannung um eine übliche, mit einem im Mittel als normal anzusehendes Massenträgheitsmoment, oder eine unüblich, mit einem im Mittel als überhöht anzusehendes Massenträgheitsmoment, handelt und durch Anpassung des Regelparametersatzes eine optimale Antriebsdynamik einstellen.
Insbesondere wird an einer erfindungsgemäßen Drehmaschine vorteilhaft das Auftreten von Belastungsspitzen in der Übertragungsvorrichtung zwischen Hauptspindelmotor und Hauptspindel sowie der Verschleiß reduziert. Weiterhin werden durch die Harmonisierung der Beschleunigung Schwingungen im Drehzahlverlauf der Hauptspindel reduziert. Hierdurch wird vorteilhaft der Verschleiß an einer erfindungsgemäßen Drehmaschine weiter reduziert. Weiterhin wird vorteilhaft ein Nachschwingen der Drehzahl nach Vollendung des Hochlaufs der Hauptspindel reduziert, sodass der Hochlauf schneller abgeschlossen und schneller mit einer Bearbeitung des eingespannten Werkstücks begonnen werden kann.
Die Erfindung bietet eine erhebliche Verbesserung des Anlaufverhaltens einer konventionellen Drehmaschine sowie eine Entlastung des Betriebspersonals. Dieses müssten ohne die erfindungsgemäße Weiterbildung einen Schweranlauf einer konventionellen Drehmaschine u.U. abbrechen, soweit sie einen solchen überhaupt bemerken. Falls möglich müsste dann versucht werden, das Massenträgheitsmoment einer Aufspannung durch einen Umbau an der Hauptspindel zu reduzieren. Andernfalls müsste die Werkstückbearbeitung u.U. an eine leistungsfähigere Drehmaschine verlagert werden. Dies kann mit der Erfindung vermieden werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine übt die Motorregelung zur Erzeugung einer reduzierten Antriebsdynamik bei einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf auf den Hauptspindelmotor Beschleunigungen mit einem geringeren Gradienten aus als bei dem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf. Diese Ausführung der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Reduzierung der Antriebsdynamik im Falle eines Sanfthochlaufs durch eine Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit von Beschleunigungen des Hauptspindelmotors bewirkt wird.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine sind in der Maschinensteuerung zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik auf die Hauptspindel hinterlegt jeweils ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf, der einer Aufspannung an der Hauptspindel zugeordnet ist, die ein im Mittel erhöhtes, hohes oder sehr hohes Massenträgheitsmoment aufweist, und jeweils ein Schwellwert, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zugeordnet ist, und dessen Größe mit dem Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung zunimmt. In der Maschinensteuerung sind somit mehrere Regelparametersätze für Sanfthochläufe hinterlegt. Dabei ist jeder Regelparametersatz für eine andere Kategorie der Aufspannung optimiert. Vorteilhaft sind somit ein Regelparametersatz für eine Aufspannung mit einem im Mittel erhöhten Massenträgheitsmoment, eine Regelparametersatz für eine Aufspannung mit einem im Mittel hohen Massenträgheitsmoment und ein Regelparametersatz für eine Aufspannung mit einem im Mittel sehr hohes Massenträgheitsmoment vorhanden.
Die Zuordnung eines Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf zu jeweils einem dazugehörigen Drehmoment-Schwellwert ermöglicht vorteilhaft die Aktivierung eines für das Massenträgheitsmoment einer wuchtigeren Aufspannung besonders angepassten Regelparametersatzes im Motorregler. Insbesondere macht es eine vorteilhafte Größenabstufung von Schwellwerten einer Gruppe möglich, die Größe der jeweils auftretenden Momentan-Drehmomente zu klassifizieren. Wird in der Zeitspanne nach der Aktivierung des Hauptspindelmotors die Überschreitung eines größeren von mehreren Schwellwerten durch das Momentan-Drehmoment detektiert, so ist dies ein Indiz für eine Aufspannung mit einem entsprechend erhöhten Massenträgheitsmoment. Die Erfindung macht es möglich, in einem solchen Fall den Regelparametersatz für den Normalhochlauf durch einen gezielt ausgewählten Regelparametersatz auszutauschen, der für eine Aufspannung mit einem im Mittel erhöhten, hohen oder sehr hohen Massenträgheitsmoment besonders geeignet ist. Hiermit kann der Sanfthochlauf einer konventionellen Drehmaschine auch bei Aufspannungen mit u.U. stark schwankenden Massenträgheitsmomenten verschleißarm und ohne Eingriffe durch einen Bediener automatisch ablaufen.
Auch bei vorstehender Ausführung der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine kann es vorteilhaft sein, wenn die Motorregelung zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik bei einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf einen mit Zunahme des Massenträgheitsmoments der Aufspannung an der Hauptspindel abnehmenden Gradienten in der Beschleunigung auf die Hauptspindel ausübt. Besonders vorteilhaft kann der Gradient dabei abhängig vom Verhältnis des Massenträgheitsmoments bei einer Aufspannung mit einem normalen Massenträgheitsmoment zum Massenträgheitsmoment einer Aufspannung mit einem erhöhten, hohen oder sehr hohen Massenträgheitsmoment ausgewählt sein.
Dies bietet den Vorteil, dass eine Gradientenabnahme auf ein jeweils vorliegendes Verhältnis aus einem als normal angesehenen Massenträgheitsmoment zu einem überhöhten Massenträgheitsmoment angepasst werden kann. Es werden damit auch bautechnische Besonderheiten und die Leistungsfähigkeit einer jeweiligen konventionellen Drehmaschine in die Parametrierung mit einbezogen.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine enthält die Motorregelung einen Regler, mit zumindest einem P- und einem I-Anteil. Ein dazugehöriger Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf weist dann im Vergleich zu einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf zur Reduzierung der Antriebsdynamik vorteilhaft eine vergrößerte Nachstellzeit und einen vergrößerten Verstärkungsfaktor auf.
Bei dieser vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Regelparameter für einen Sanfthochlauf als Regelgröße zum einen eine größere Nachstellzeit als der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf auf. Hierzu wird bei einem PI-Regler üblicherweise der I-Anteil reduziert. Auf diese Weise kann während einer Anfahrphase und insbesondere während einer Entschleunigungs- bzw. Bremsphase bei Annäherung an die gewünschte Drehzahl der Hauptspindel die Dynamik der Motorregelung reduziert und das Regelverhalten harmonisiert werden. Besonders vorteilhaft weisen die Regelparameter für einen Sanfthochlauf als Regelgröße bei dieser Ausführung zudem einen größeren Verstärkungsfaktor als der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf auf. Hierzu wird bei einem PI-Regler üblicherweise der P-Anteil vergrößert. Es kann so der Wert der annähernd gleichmäßigen Beschleunigung der Hauptspindel zwischen einer Anfahrphase und einer Entschleunigungsphase vergrößert werden. In Summe kann durch eine gleichzeitige Vergrößerung von Nachstellzeit und Verstärkungsfaktor trotz sanfterer Anfahr- und Entschleunigungsphasen die Gesamtzeit bis zum Erreichen der Drehzahl der Hauptspindel in vielen Fällen weitgehend eingehalten werden. Der in den Anfahr- und Entschleunigungsphasen durch eine vergrößerte Nachstellzeit auftretende Zeitverlust kann in einer dazwischen liegenden linearen Phase mit weitgehend konstanter Beschleunigung durch den vergrößerten Verstärkungsfaktor wieder aufgeholt werden.
Die Parameter Verstärkungsfaktor und Nachstellzeit kommen vorteilhaft in einem Regelparametersatz für eine klassische Motorregelung mit PI-Regler zum Einsatz. Bei Bedarf kann der Regelparametersatz im Falle einer Aufspannung mit einem besonders hohen Massenträgheitsmoment auch einen zusätzlichen D-Anteil aufweisen. So können z.B. Regelparametersätze für einen Sanfthochlauf, denen gemäß einer bereits erläuterten weiteren Ausführung der Erfindung, Schwellwerte mit zunehmender Größe zugeordnet sind, auch zunehmenden D-Anteile aufweisen. Ein D-Anteil bewirkt eine weitere Reduzierung der Antriebsdynamik bei einem Schweranlauf einer Aufspannung mit einem besonders hohen Massenträgheitsmoment insbesondere bei der Aktivierung bzw. Einschaltung des Hauptspindelmotors.
Bei anderen Ausführungen einer Motorregelung für den Hauptspindelmotor, z.B. einer digitalen Regelung, sind die die erfindungswesentlichen Regelparameter besonders in einem für einen Sanfthochlauf vorgesehenen Satz entsprechend angepasst.
Besonders vorteilhaft ist die Maschinensteuerung so ausgebildet, dass der Hauptspindelmotor mit dem in der Motorregelung jeweils aktiven Regelparametersatz heruntergefahren wird. Bei dieser Ausführung ist der nach Abschluss eines Hochlaufs in der Motorregelung aktive Regelparametersatz, z.B. für den Normalhochlauf oder einen Sanfthochlauf, auch bei einem Herunterfahren der Drehmaschine bis zur Stillsetzung aktiv. Erst bei einem erneuten Anlauf, vor dem sich ein Werkstückwechsel mit einer Veränderung des Massenträgheitsmoments der Aufspannung ereignet haben kann, wird die Motorregelung durch die erneute Aktivierung des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf der Hauptspindel in den Ausgangszustand rückgesetzt.
Bei einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung ist die Maschinensteuerung so ausgebildet, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden und einer Aktivierung des Hauptspindelmotors nach einem zwischenzeitlichen Stillstand ein Hochlauf der Hauptspindel ohne Überwachung des Momentan-Drehmoments mit dem in der Motorregelung jeweils aktiven Regelparametersatz erfolgt.
Die Herstellung eines Gewindes in einem Werkstück mit einer gewünschten Güte und geforderten Parametern mittels einer Drehmaschine erfordert häufig mehrere Spanungsgänge. Zwischen diesen werden durch den Bediener die Drehung der Hauptspindel angehalten, das Werkzeug am Werkstück für die Durchführung des nächsten Spanungsgangs neu positioniert und auch häufig Kontrollmessungen durchgeführt. Danach erfolgt erneut ein Hochlauf der Hauptspindel, um die Bearbeitung des Gewindegangs fortzusetzten bzw. fertigzustellen.
Befindet sich die erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine in der Betriebsart Gewindedrehen, so bietet diese Ausführung den Vorteil, dass der vor einem temporären Anhalten der Hauptspindel wirksame Regelparametersatz auch weiterhin aktiv bleibt. Bei jedem Hochlauf der Hauptspindel für einen weiteren Spanungsgang wird nicht mit einem möglicherweise ungeeigneten Regelparametersatz gestartet und der geeignete Regelparametersatz erneut ermittelt. Da die Zerspanungen an demselben Werkstück durchgeführt werden und das Massenträgheitsmoment der Aufspannung unverändert ist, kann der ursprüngliche Regelparametersatz auch weiterhin aktiv bleiben. Auf diese Weise werden vorteilhaft insbesondere während der Zeitspanne auftretende Belastungsspitzen reduziert und der Verschleiß an einer erfindungsgemäßen Drehmaschine reduziert.
Eine konventionelle Drehmaschine ist häufig zumindest mit einer Zugspindel für den Antrieb eines Bettschlittens ausgestattet. Eine solche konventionelle Drehmaschine kann besonders vorteilhaft zusätzlich zumindest mit einer Leitspindel für den Antrieb eines Bettschlittens in der Betriebsart Gewindeschneiden, sowie mit einer Schlossmutter, die bei der Betriebsart Gewindeschneiden mit der Leitspindel in Eingriff ist, ausgestattet sein. In der Betriebsart Gewindeschneiden wird somit der Bettschlitten nicht über die Zugspindel, sondern die Leitspindel und Schlossmutter angetrieben.
Bei einer vorteilhaften weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine ist die Maschinensteuerung vorteilhaft so ausgebildet, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden ein Stillstand der Hauptspindel und eine Auskuppelung der Schlossmutter detektiert werden und der Hauptspindelmotor nach einer erneuten Aktivierung von der Motorregelung mit dem Regelparametersatz für den Normalhochlauf wieder angefahren wird.
In der Betriebsart Gewindeschneiden wird der Bettschlitten nicht über die Zugspindel, sondern die Leitspindel und Schlossmutter angetrieben. Das Auskuppeln der Schlossmutter erfolgt durch einen Bediener nach Fertigstellung des Gewindeschneidvorgangs und vor dem Ausspannen des Werkstücks aus der Drehmaschine. Ein weiteres Vorhalten des bislang aktiven Regelparametersatzes, z.B. ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf, ist nicht mehr notwendig. Erfindungsgemäß detektiert die Maschinensteuerung diese Zustandsänderung der Schlossmutter und aktiviert den Regelparametersatz für einen Normalhochlauf. Ein bei Beginn eines Gewindeschneidens und Hochfahren der Hauptspindel u.U. aktivierter Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf wird somit überschrieben und rückgesetzt.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren betrifft eine konventionelle Drehmaschine mit einer Hauptspindel, die von einem Hauptspindelmotor mit einer Motorregelung angetrieben wird. Dabei wird der Hauptspindelmotor von der Motorregelung mit einem Regelparametersatz für den Normalhochlauf aktiviert.
Dieser Regelparametersatz ist für eine Aufspannung an der Hauptspindel parametriert und vorgesehen, welche ein im Mittel normales Massenträgheitsmoment aufweist.
Dies ist passend für eine häufig vorkommende Benutzung einer konventionellen Drehmaschine. Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann jedoch das Problem auftreten, dass eine Benutzer nicht erkennt, ob es sich nach Fixierung eines zur Bearbeitung vorgesehenen Werkstücks an der Hauptspindel um eine normale Aufspannung mit einem im Mittel normalen Massenträgheitsmoment handelt. Es kann sich auch um eine Aufspannung handeln, die ein im Mittel darüberhinausgehendes Massenträgheitsmoment aufweist, z.B. ein erhöhtes, hohes oder sehr hohes Massenträgheitsmoment.
Erfindungsgemäß wird in einer Zeitspanne nach der Aktivierung des Hauptspindelmotors zumindest ein Schwellwert für das Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors überwacht. Der Schwellwert ist einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf mit reduzierter Antriebsdynamik für eine Aufspannung an der Hauptspindel zugeordnet, die ein im Mittel zumindest erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist. Erfindungsgemäß wird der Hauptspindelmotor von der Motorregelung an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf mit einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf weiter angefahren, wenn bei der Überwachung während der Zeitspanne im Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors eine Überschreitung des Schwellwerts detektiert wurde, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zugeordnet ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und weiterer bevorzugter Ausführungsformen desselben wurden bereits vorstehend anhand der korrespondierenden erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine erläutert.
Die erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren sowie vorteilhafte weitere Ausführungen derselben werden anhand der kurz angeführten Figuren nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine beispielhafte, gemäß der Erfindung ausgeführte konventionelle Drehmaschine D in einer schematischen Frontalansicht,
2 ein beispielhaftes, schematisches Funktionsbild des erfindungsgemäßen Zusammenwirkens der Maschinensteuerung D5 mit dem Hauptspindelmotor D11 in einer erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine D,
3 vier beispielhafte Zeitverläufe L1, L2, L3, L4 des Momentan-Drehmoments M_mom des Hauptspindelmotors D11 während der Zeitspanne t_m nach Aktivierung der Hauptspindel für Aufspannungen mit unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten, und
4 ein Drehzahl-Zeit-Diagramm für die Momentan-Drehzahl der Hauptspindel mit drei beispielhaften Zeitverläufen K1, K2, K3 der Drehzahl U der Hauptspindel für unterschiedliche Aufspannungen und Regelparametersätze.

1 zeigt eine beispielhafte konventionelle Drehmaschine D gemäß der Erfindung. Auf einem Maschinengestell D1 sind ein Spindelstock D2 und ein Maschinenbett D3 angeordnet. Auf dem Maschinenbett D3 befindet sich ein Bettschlitten D4. Dieser ist entlang des Maschinenbetts D3 in einer z-Achse verfahrbar, die in der Blattebene von 1 verläuft. Der Bettschlitten trägt einen Planschlitten D41, der in einer x-Achse verfahrbar ist. Diese verläuft orthogonal zur z-Achse, d.h. senkrecht zur Blattebene von 1. Auf dem Planschlitten ist schließlich ein Werkzeug D42 zur Bearbeitung eines in 1 nicht dargestellten Werkstücks angebracht. Bei der dargestellten beispielhaften Maschine wird der Bettschlitten in der z-Achse vorteilhaft mittels einer Zugspindel D31 angetrieben. Diese verläuft entlang dem Bettschlitten und wird über einen Antrieb im Spindelstock D2 angetrieben. Abhängig von der Ausführung der konventionellen Drehmaschine D ist hierzu ein separater Antrieb vorgesehen, oder es wird Drehmoment z.B. vom Hauptspindelmotor D11 über ein Getriebe abgeleitet. Die konventionelle Drehmaschine D im Beispiel der 1 ist vorteilhaft weiterhin mit einer Leitspindel D32 ausgestattet. Diese ist besonders in der Betriebsart Gewindeschneiden an Stelle der Zugspindel mit dem Bettschlitten D4 in Eingriff bringbar und ermöglich die Verfahrbarkeit in der z-Achse am Maschinenbett D3. Zugspindel D31 und Leitspindel D32 sind in 1 schematisch mittels einer dicken Linie dargestellt.
Die konventionelle Drehmaschine D weist eine Hauptspindel D21 auf, die im Spindelstock D2 drehbar gelagert ist. Am stirnseitigen Ende der Hauptspindel D21, das in der Darstellung von 1 dem Maschinenbett D3 zugewandt ist, befindet sich ein Spannmittel D22 für ein Werkstück. Besonders abhängig vom jeweiligen Werkstücktyp, dessen Abmessungen und Massenträgheitsmoment sind unterschiedliche Spannmittel zur Halterung üblich. So ist in 1 beispielhaft schematisch ein Spannfutter als Spannmittel dargestellt. Ein solches weist in der Regel im Mittel und im Vergleich zu anderen Spannmitteln ein Massenträgheitsmoment auf, dass bei der vorliegenden Erfindung z.B. als normal bezeichnet werden kann. Es können als Spannmittel auch Spannzangen in die Hauptspindel D21 eingesetzt werden, die im Vergleich zu einem Spannfutter ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweisen können. Weiterhin kann als Spannmittel eine Planscheibe an der Hauptspindel D21 befestigt werden, die im Vergleich zu einem Spannfutter z.B. auch ein als erhöht bezeichnetes Massenträgheitsmoment aufweisen kann.
Die Drehmaschine D weist einen insbesondere drehzahlgeregelten Hauptspindelmotor D11 auf, dessen Rotation über eine Übertragungsvorrichtung, die im Beispiel der 1 als ein Riementrieb D14 ausgeführt ist, auf die Hauptspindel D21 übertragen wird. Der Hauptspindelmotor D11 weist eine Motorregelung D12 und vorteilhaft weiterhin einen Drehzahlmesser D13 auf. Diese sind in 1 als Anbauten des Hauptspindelmotors D11 dargestellt. Mittels der Motorregelung D12 ist die Drehzahl des Hauptspindelmotors D11 regelbar. Hierdurch wird die Leistungsaufnahme des Hauptspindelmotors D11 lastabhängig so angepasst, dass die Drehzahl der Hauptspindel D11 insbesondere bei einem Hochlauf nach einem Maschinenstart einen gewünschten Verlauf annimmt und mit Erreichen der Solldrehzahl für die Dauer einer Werkstückbearbeitung möglichst konstant ist. Die Drehmaschine D weist weiterhin eine Maschinensteuerung D5 auf, die mit dem Hauptspindelmotor D11 über eine Datenverbindung D51 gekoppelt ist. Darüber können z.B. in der Maschinensteuerung D5 hinterlegte Regelparametersätze an die Motorregelung D12 übertragen werden. Mit diesen kann das Drehzahlverhalten des Hauptspindelmotors an unterschiedliche Betriebszustände der konventionellen Drehmaschine insbesondere abhängig vom Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung angepasst werden.
Die erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Drehmaschine werden anhand der schematischen Skizze in 2 veranschaulicht. Darin sind die erfindungsgemäßen Eingriffe der Maschinensteuerung D5 nach einer Aktivierung und bei einem Hochlauf des Hauptspindelmotors D11 beispielhaft anhand einer Datenkommunikation über eine Datenverbindung D51 zwischen Maschinensteuerung D5 und Motorregelung D12 des Hauptspindelmotors in einem Modell mit drei exemplarischen Schritten visualisiert.
In der Maschinensteuerung D5 sind erfindungsgemäß zumindest hinterlegt ein Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N der Hauptspindel D21 sowie eine einstellbare Zeitspanne t_m, in der nach Aktivierung des Hauptspindelmotors D11 der Verlauf des vom Hauptspindelmotor abgegebenen Momentan-Drehmoments M_mom erfasst und überwacht wird. Weiterhin ist erfindungsgemäß zumindest ein weiterer Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf der Hauptspindel mit reduzierter Antriebsdynamik sowie ein diesem Regelparametersatz zugeordneter Schwellwert M_S1 für das Momentan-Drehmoment M_mom des Hauptspindelmotors D11 hinterlegt.
Bei dem in der Skizze von 2 dargestellten Beispiel sind in der Maschinensteuerung D5 besonders vorteilhaft drei Regelparametersätze P_S1, P_S2 und P_S3 für Sanfthochläufe der Hauptspindel sowie für jeden Regelparametersatz jeweils ein zugeordneter Schwellwert M_S1, M_S2 bzw. M_S3 für das Momentan-Drehmoment M_mom des Hauptspindelmotors D11 hinterlegt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass abhängig von einer Zunahme des Massenträgheitsmoments der Aufspannung ein besonders geeigneter Regelparametersatz P_S1, P_S2 oder P_S3 für einen Sanfthochlauf in der Motorregelung aktiviert und eine abgestufte, besonders schonende Antriebsdynamik erzielt werden kann. Dies wird nachfolgend an den Kurvenverläufen der 3 und 4 noch näher erläutert werden.
Die Vorgabe des zumindest einen Schwellwerts erfolgt erfindungsgemäß insbesondere unter Berücksichtigung einer vom Hauptspindelmotor zu beschleunigenden Masse, d.h. ist abhängig insbesondere von der Massenträgheit des jeweiligen Spannmittels und eines davon gehaltenen Werkstücks. Insbesondere ist die Größe des jeweils ausgewählten Schwellwerts abhängig von der Leistungsfähigkeit des Hauptspindelmotors, d.h. der Fähigkeit der Bereitstellung eines bestimmten Motordrehmoments. Ein Schwellwert ermöglicht der Maschinensteuerung eine Detektion, ob das Massenträgheitsmoment einer aktuellen Aufspannung noch als normal oder schon als erhöht ansehen ist, und ob damit ein Hochlauf noch mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf zu bewältigen ist bzw. vorteilhaft der oder ein ausgewählter Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zu aktivieren ist.
Ein beispielhaftes Zusammenwirken der Maschinensteuerung D5 mit der Motorregelung D12 des Hauptspindelmotors D11 gemäß der Erfindung wird anhand von beispielhaften Schritten 1, 2 und 3 in 2 näher erläutert. Dabei symbolisiert der im obere Bereich der 2 von D5 nach D12 verlaufende strichlierte Pfeil den Schritt 1, der in der Mittel von D12 nach D5 verlaufende strichlierte Pfeil den Schritt 2 und der im untere Bereich von D5 nach D12 verlaufende strichlierte Pfeil den Schritt 3.
Schritt 1 betrifft die Abläufe bei einer Aktivierung des Hauptspindelmotors D11. Dabei werden von der Maschinensteuerung D5 im Moment der Einschaltung des Hauptspindelmotors im Zeitpunkt t = 0 der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12 des Hauptspindelmotors D11 übertragen und der Lauf der Zeitspanne t_m gestartet. Der Hochlauf der Hauptspindel beginnen damit zunächst unter der Regie des Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N.
Schritt 2 betrifft die Abläufe während der Zeitspanne t_m, d.h. den Zeitraum 0 < t < t_m. Dabei werden von der Motorregelung D12 über die Datenverbindung D51 laufend die Werte der vom Drehzahlmesser D13 bestimmten Momentan-Drehzahl U_mom des Hauptspindelmotors D11 sowie des davon aufgenommenen Momentan-Motorstroms I_mom an die Maschinensteuerung D5 übertragen. Hieraus wird durch die Maschinensteuerung D5 der Verlauf des Momentan-Drehmoments M_mom(t) in Abhängigkeit der Zeit ermittelt.
Schritt 3 betrifft die Abläufe nach Ablauf der Zeitspanne t_m, d.h. den Zeitraum t > t_m. Mit Ablauf der Zeitspanne t_m erfolgt bevorzugt in der Maschinensteuerung D5 eine Auswertung des erfassten Drehmoment-Zeit-Verlaufs. Weist dieser im Zeitraum 0 < t < t_m keine Überschreitung des Schwellwerte M_S1 auf, bzw. gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung eines Schwellwerts M_S1 < M_S2 oder < M_S3, erfolgt die weitere Beschleunigung der Hauptspindel bis zur Vollendung des Hochlaufs mit Erreichen der gewünschten Spindeldrehzahl durch die Motorregelung D12 auch weiterhin mit dem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N. Dies ist deswegen möglich, da eine dauerhafte Unterschreitung des Schwellwerts durch den Verlauf des Momentan-Drehmoments ein Indiz dafür ist, dass die Aufspannung als normal angesehen werden kann und somit der Eingriff des Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N vorteilhaft für den Abschluss des Hochlaufs ist. Dies ist im unteren Bereich von 2 ausgedrückt durch M_mom < M_S1 / M_S2 / M_S3 : P_N.
Wird dagegen eine Überschreitung von einem Schwellwert im Drehmoment-Zeit-Verlauf detektiert, d.h. im Momentan-Drehmoment, erfolgt eine Übermittlung des diesem Schwellwert zugeordneten Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf P_S1 durch die Maschinensteuerung D5 über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12 des Hauptspindelmotors D11. Der mit Anlauf der Hauptspindel kurzzeitig aktive Regelparametersatz für den Normalhochlauf wird damit überschrieben und der Hochlauf damit bei reduzierter Antriebsdynamik vollendet.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann auch ein Satz von Schwellwerten vorhanden sein, z.B. die Schwellwerte M_S1, M_S2 oder M_S3. Dabei ist jedem Schwellwert ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1, P_S2 oder P_S3 zugeordnet, der vorteilhaft an eine Aufspannung mit einem im Mittel erhöhten, hohen oder sehr hohen Massenträgheitsmoment angepasst ist. Wird die Überschreitung eines solchen Schwellwerts im Verlauf des Momentan-Drehmoments detektiert, erfolgt eine Übermittlung des zugeordneten Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf durch die Maschinensteuerung D5 über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12. Besonders vorteilhaft erfolgt die Auswahl desjenigen Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf P_S1, P_S2 oder P_S3 und dessen Übertragung von der Maschinensteuerung D5 über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12, der dem höchsten überschrittenen Schwellwert M_S1, M_S2 oder M_S3 zugeordnet ist. Dies wird anhand des beispielhaften Verlaufs in 3 noch näher erläutert werden. Der in der Maschinensteuerung D5 hinterlegte und während der Zeitspanne t_m verarbeitete Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N wird durch den ausgewählten Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1, P_S2 oder P_S3 ersetzt und die Beschleunigung der Hauptspindel unter Verarbeitung dieses Regelparametersatzes bis zur Vollendung des Hochlaufs der Hauptspindel mit Erreichen der gewünschten Spindeldrehzahl fortgesetzt. Dies ist in 2 unten ausgedrückt durch M_mom > M_S1 / M_S2 / M_S3 : P_S1 / P_S2 / P_S3.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass auf Grund der Überwachung des Momentan-Drehmoments des Hauptspindelmotors in der Zeitspanne, d.h. des zu Beginn der Beschleunigung der Hauptspindel vom Hauptspindelmotor aufzubringenden besonders großen Drehmoments, ein Rückschluss auf das Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung aus Spannmittel und Werkstück an der Hauptspindel möglich ist, und dann ein angepasster Regelparametersatz für einen harmonischeren Sanfthochlauf der Hauptspindel mit reduzierter Antriebsdynamik angewandt werden kann. Auf diese Weise werden Belastungsspitzen insbesondere in der Übertragungsvorrichtung und der Verschleiß an einer erfindungsgemäßen Drehmaschine reduziert.
Bei einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung ist die Maschinensteuerung weiterhin so ausgebildet, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden die Hauptspindel nach einem Stillstand mit dem vor dem Stillstand wirksamen Regelparametersatz weiterbetrieben wird. Bei Aktivierung der Betriebsart Gewindeschneiden in der Maschinensteuerung und erstmaliger Beschleunigung der Aufspannung erfolgt eine Auswahl und Aktivierung eines Regelparametersatzes in der erfindungsgemäßen Weise. Abhängig von den jeweils zu beschleunigenden Massen beliebt der Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N aktiv oder wird durch den Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1, P_S2 bzw. P_S3 abgelöst. Dieser Regelparametersatz wird auch nach zwischenzeitlichem Anhalten der Hauptspindel und erneuter Beschleunigung der Aufspannung verarbeitet, solange in der Maschinensteuerung D5 die Betriebsart Gewindeschneiden aktiviert ist. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der mit Hilfe der Erfindung ausgewählte Regelparametersatz über längere Zeit aktiv bleiben kann. Die Bearbeitung eines Gewindes oder die wiederholte Herstellung von Gewinden, insbesondere gleicher Art an demselben Werkstück, kann zügig erfolgen, ohne dass zwischenzeitliche Stillstände der Drehmaschine einen erneuten Ablauf der Zeitspanne und eine wiederholte Schwellwertüberwachung des Verlaufes des Momentan-Drehmomentes verursachen.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine D weist außerdem eine Leitspindel D32 und im Bettschlitten D4 eine Schlossmutter D43 auf. Hierüber wird in der Betriebsart Gewindeschneiden die Leitspindel D32 anstelle der Zugspindel D31 mit dem Bettschlitten D4 in Eingriff gebracht. Die Maschinensteuerung D5 ist gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung so ausgebildet, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden die Hauptspindel D21 erst nach einem Stillstand und Auskuppeln der Schlossmutter mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf angefahren wird. Eine Rückstellung der Motorregelung auf den Regelparametersatz für einen Normalhochlauf erfolgt somit erst durch eine Detektion der Auskuppelung der Schlossmutter nach Abschluss des Gewindeschneidvorgangs.
3 zeigt skizzenhaft vier beispielhafte Zeitverläufe L1, L2, L3, L4 für den Verlauf des Momentan-Drehmoments M_mom des Hauptspindelmotors D11. Diese beginnen mit der Aktivierung des Hauptspindelmotors zum Zeitpunkt t1 = 0, d.h. mit dem Schritt 1 von 2. Während der Zeitspanne t_m werden diese im Schritt 2 von 2 daraufhin überwacht, ob deren Verläufe die Schwellwert M_S1, M_S2 oder M_S31 überschreiten. Abhängig davon wird mit Ablauf der Zeitspanne t_m im Schritt 3 von 2 durch die Maschinensteuerung festgestellt, ob der Regelparametersatz für den Normalhochlauf P_N weiter beibehalten werden kann oder durch einen Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1, P_S2, P_S3 auszutauschen ist.
So tritt der beispielhafte Drehmomentverlauf L1 auf bei der Beschleunigung einer Aufspannung, die ein normales Massenträgheitsmoment aufweist. Dieser weist einen linearen Anfangsbereich auf, in dem der Hauptspindelmotor unter Anwendung des Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N Drehmoment aufbaut, und einen bogenförmigen Bereich mit einem Maximalwert, der einem Losreißmoment M_N zugeordnet werden kann, und in dem Haftreibung zwischen den Komponenten des Spindelantriebs zu überwinden ist. In dem weiteren degressiven Bereich erfolgt die weitere Beschleunigung der Aufspannung. Der Drehmomentverlauf L1 übersteigt während der Zeitspanne t_m nicht den ersten Schwellwert M_S1, sodass nach Ablauf der Zeitspanne t_m weiterhin der Regelparametersatz für den Normalhochlauf P_N angewendet wird.
Der beispielhafte Drehmomentverlauf L2 tritt auf bei Beschleunigung einer Aufspannung, die ein im Mittel erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist. Der lineare Anfangsbereich, in dem der Hauptspindelmotor unter Anwendung des Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N Drehmoment aufbaut, weist wegen der höheren Massenträgheit eine größere Steigung als der Drehmomentverlauf L1 auf. Der Maximalwert und der anschließende degressive Bereich liegen ebenfalls höher. Der Drehmomentverlauf L2 übersteigt in der Zeitspanne t_m im Schnittpunkt U1 den Schwellwert M_S1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne t_m, d.h. nach der in 3 strichlierten senkrechten Linie, wird in der Motorregelung der Regelparametersatz P_N durch den Regelparametersatz P_S1 überschrieben und der Hochlauf mit reduzierter Antriebsdynamik fortgesetzt.
Der beispielhafte Drehmomentverlauf L3 tritt auf bei der Beschleunigung einer Aufspannung, die ein im Mittel hohes Massenträgheitsmoment aufweist. Der lineare Anfangsbereich, in dem der Hauptspindelmotor unter Anwendung des Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N Drehmoment aufbaut, weist aufgrund der höheren Massenträgheit eine größere Steigung als der Drehmomentverlauf L2 auf. Der Maximalwert und der anschließende degressive Bereich liegen ebenfalls höher. Der Drehmomentverlauf L3 übersteigt in der Zeitspanne t_m im Schnittpunkt U21 den Schwellwert M_S1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1 zugeordnet ist, und in einem weiteren Schnittpunkt U22 den Schwellwert M_S2, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S2 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne t_m, d.h. bei der in 3 strichlierten senkrechten Linie, wird der Regelparametersatz P_N erfindungsgemäß durch den Regelparametersatz P_S2 in der Motorregelung überschrieben und der Hochlauf mit einer weiter reduzierten Antriebsdynamik fortgesetzt.
Der beispielhafte Drehmomentverlauf L4 tritt auf bei der Beschleunigung einer Aufspannung, die ein im Mittel sehr hohes Massenträgheitsmoment aufweist. Der lineare Anfangsbereich, in dem der Hauptspindelmotor unter Anwendung des Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N Drehmoment aufbaut, weist aufgrund der höheren Massenträgheit eine noch größere Steigung als der Drehmomentverlauf L3 auf. Der Maximalwert sowie der anschließende degressive Bereich liegen ebenfalls höher.
Der Drehmomentverlauf L4 übersteigt während der Zeitspanne t_m im Schnittpunkt U31 den Schwellwert M_S1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S1 zugeordnet ist, in einem weiteren Schnittpunkt U32 den Schwellwert M_S2, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S2 zugeordnet ist, und schließlich im Schnittpunkt U33 den Schwellwert M_S3, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf P_S3 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne t_m, d.h. bei der in 3 strichlierten senkrechten Linie, wird der Regelparametersatz P_N erfindungsgemäß durch den Regelparametersatz P_S3 in der Motorregelung überschrieben und der Hochlauf mit einer besonders stark reduzierten Antriebsdynamik fortgesetzt.
Bei der erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine erfolgt somit abhängig vom Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung eine stufenartige Anwendung vorprogrammierter Regelparametersätze. Diese sind jeweils auf einen Massenträgheitsbereich abgestimmt, d.h. auf Bereiche mit z.B. im Mittel normale, erhöhte, hohe oder sehr hohe Massenträgheitsmomente, und haben einen Sanfthochlauf mit abnehmender Antriebsdynamik zur Folge. Dies hat den Vorteil, dass durch die Maschinensteuerung keine rechenleistungsintensive Interpolation eines individuellen Regelparametersatzes erforderlich ist, der auf den Wert einer zu beschleunigenden Aufspannung passend abgestimmt ist. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Austausch gespeicherter Regelparametersätze, wie vorstehend beschrieben, auch von der einfachen Steuerung einer konventionellen Drehmaschine schnell vorgenommen werden.
4 zeigt ein Zeit-Diagramm für beispielhafte Verläufe der Momentan-Drehzahl U der Hauptspindel bei einer erfindungsgemäßen konventionellen Drehmaschine D. Dabei sind beispielhafte Hochlaufkurven für die Beschleunigung der Hauptspindel bei verschiedenen Aufspannungen und Regelparametersätzen dargestellt.
So illustriert die Hochlaufkurve K1 mit einer dicken kontinuierlichen Linie einen Normalfall der Beschleunigung der Hauptspindel. Die Aufspannung weist ein normales Massenträgheitsmoment auf und enthält z.B. ein übliches Spannfutter als Spannmittel und eine Welle als Werkstück. Die Hochlaufkurve beginnt im Ursprung mit der Aktivierung des Hauptspindelmotors im Zeitpunkt t1=0 und der Drehzahl 0. Es wird von der Motorregelung der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N verarbeitet. In der Zeitspanne t_m zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt in erfindungsgemäßer Weise die Überwachung des Momentan-Drehmoments U_mom des Hauptspindelmotors. Bei der Hochlaufkurve K1 wird angenommen, dass während der Zeitspanne t_m kein Schwellwert für das Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors überschritten wird, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zugeordnet ist. Dies ist mit dem am Beispiel der Drehmoment-Zeit-Kurve L1 in 3 beschriebenen Zustand vergleichbar. Am Ende der Zeitspanne t_m, d.h. ab dem Zeitpunkt t2, kann somit die Beschleunigung der Hauptspindel unter Verarbeitung des Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N in unveränderter Weise fortgesetzt werden.
Die beispielhafte Hochlaufkurve K1 weist zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 einen Beschleunigungsabschnitt K11 auf. Dabei werden vom Hauptspindelmotor das Drehmoment aufgebaut, die Anlaufträgheit der Übertragungselemente und Aufspannung sowie die Haftreibung im Spindelantrieb überwunden. Da im Beispiel der Hochlaufkurve K1 das damit verbundene Massenträgheitsmoment als normal angenommen wird, verursacht das dafür vom Hauptspindelmotor aufgebrachte Drehmoment in der Übertragungsvorrichtung keine unangemessen hohen Belastungen. Es folgt zwischen den Zeitpunkten t3 und t6 ein Linearabschnitt K12, in dem die Drehzahl der Hauptspindel annähernd linear ansteigt. Es schließt sich zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 ein Entschleunigungs- bzw. Bremsabschnitt K13 an, in dem kurz vor Erreichen der Solldrehzahl U_soll das Drehmoment des Hauptspindelmotors und somit die Beschleunigung der Aufspannung reduziert werden. Zum Zeitpunkt t7 ist annähernd die durch einen Bediener vorgewählte Solldrehzahl U_soll der Hauptspindel erreicht. Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t1 und t7 entspricht der von einem Bediener gewünschte Hochlaufzeit t_h der Hauptspindel bis zum Erreichen der Solldrehzahl U_soll.
In der Praxis folgt nach der Hochlaufzeit t_h und dem formellen Abschluss des Hochlaufs der Hauptspindel meist ein Nachschwingabschnitt K14. In diesem schwingt die Drehzahl U der Hauptspindel aufgrund des Massenträgheitsmoments der Aufspannung und deren vorangegangener Abbremsung für die Dauer einer Nachschwingzeit t_n um den Wert der Solldrehzahl U_soll nach. Im Beispiel der Hochlaufkurve K1 verlaufen die Nachschwingung der Hauptspindeldrehzahl innerhalb eines Toleranzbereichs Ut zwischen einer oberen und unteren Toleranzdrehzahl U_to und U_tu, und klingen innerhalb einer akzeptablen Nachschwingzeit t_n ab. Mit der Bearbeitung eines Werkstücks kann somit im Zeitpunkt t7 am Ende der Hochlaufzeit t_h begonnen werden.
Die Hochlaufkurve K2 in 4 illustriert mit einer dünnen gestrichelten Linie beispielhaft einen Problemfall bei der Beschleunigung der Hauptspindel. Dabei wird eine Aufspannung mit einem erhöhten Massenträgheitsmoment, z.B. eine Planscheibe als Spannmittel und ein Werkstück mit größerem Durchmesser, unter Verarbeitung eines ungeeigneten Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N hochgefahren. Die Hochlaufkurve beginnt im Ursprung des Diagramms mit Aktivierung des Hauptspindelmotors zum Zeitpunkt t1 = 0 und der Drehzahl 0. Es wird von der Motorregelung der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N verarbeitet. Im Beschleunigungsabschnitt K21 zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 gibt der Hauptspindelmotor aufgrund des von der Motorsteuerung verarbeiteten Regelparametersatzes für eine Normalhochlauf P_N einen so hohen Drehmomentschub ab, dass die Aufspannung mit annähernd derselben Dynamik wie bei der Hochlaufkurve K1 beschleunigt wird. Die Hochlaufkurven K1 und K2 verlaufen somit zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 annähernd deckungsgleich. Der von dem Hauptspindelmotor abgegebene Drehmomentschub verursacht insbesondere in der Übertragungsvorrichtung eine unangemessen hohe Belastung und einen übermäßigen Verschleiß.
Es folgt ein annähernd gleichmäßig ansteigender Linearabschnitt K22, in dem die Drehzahl der Hauptspindel annähernd linear ansteigt. Dieser verläuft aufgrund desselben verarbeiteten Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf P_N zwischen den Zeitpunkten t3 und t6 ebenfalls annähernd deckungsgleich zur Hochlaufkurve K1. Zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 folgt ein Entschleunigungs- bzw. Bremsabschnitt K23, in dem kurz vor Erreichen der Solldrehzahl U_soll das Drehmoment des Hauptspindelmotors und die Beschleunigung der Aufspannung reduziert werden. Aufgrund des erhöhten Massenträgheitsmoments der Aufspannung ist das Abbauen des Drehmoments nicht ausreichend, sodass im Nachschwingabschnitt K24 starke Nachschwingung der Momentandrehzahl U_mom auftreten. Diese sind in 4 nach dem Zeitpunkt t7 in strichlierter Linie deutlich zu sehen. Die Drehzahl schwingt dabei außerhalb eines Toleranzbereichs Ut um die Solldrehzahl U_soll, wobei die obere und untere Toleranzdrehzahl U_to und U_tu überschritten werden. Ein Bediener muss eine lange Nachschwingzeit t_n abwarten, bevor die Nachschwingungen der Hauptspindeldrehzahl abgeklungen sind und mit der Bearbeitung eines Werkstücks begonnen werden kann. Dies ist in 4 nicht mehr dargestellt. U.U. ist eine aktive Abbremsung über die Motorregelung des Hauptspindelmotors notwendig. Diese hat eine dem Hochlauf der Hauptspindel entgegengerichtete Kraftwirkung, sodass dabei die Belastung der Komponenten des Spindelantriebs, besonders der Übertragungsvorrichtung, weiter erhöht wird. Weiterhin kann die Drehzahl der Hauptspindel dabei erneut zu Nachschwingungen um die Solldrehzahl U_soll angeregt werden.
Die Hochlaufkurve K3 in 4 illustriert mit einer dünnen kontinuierlichen Linie schließlich beispielhaft die erfindungsgemäße Lösung des an der Hochlaufkurve K2 dargestellten Problems durch Verarbeitung eines Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf P_S1 anstelle eines für einen Normalhochlauf P_N. Die Hochlaufkurve beginnt im Ursprung des Diagramms mit Aktivierung des Hauptspindelmotors zum Zeitpunkt t1 = 0 und der Drehzahl 0. Es wird von der Motorregelung zunächst der Regelparametersatz für einen Normalhochlauf P_N verarbeitet. In der Zeitspanne t_m zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt in erfindungsgemäßer Weise die Erfassung des Momentan-Drehmoments U_mom des Hauptspindelmotors. Bei der Hochlaufkurve K3 wird angenommen, dass während der Zeitspanne t_m ein Schwellwert für das Momentan-Drehmoment des Hauptspindelmotors überschritten wird, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf zugeordnet ist. Dies ist mit dem am Beispiel der Drehmoment-Zeit-Kurve L2 in 3 beschriebenen Zustand vergleichbar. Am Ende der Zeitspanne t_m, d.h. im Zeitpunkt t2, wird von der Maschinensteuerung erfindungsgemäß der Regelparametersatz für den Sanfthochlauf an die Motorregelung des Hauptspindelmotors übertragen, und die Beschleunigung der Hauptspindel unter Verarbeitung dieses Regelparametersatzes fortgesetzt und abgeschlossen.
Die beispielhafte Hochlaufkurve K3 weist zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 einen Beschleunigungsabschnitt K31 auf, der länger als der Beschleunigungsabschnitt K11 bzw. K21 der Hochlaufkurve K1 bzw. K2 ist. Der Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf ermöglicht dort eine längere Dauer für die Erstbeschleunigung der Aufspannung sowie die Überwindung der Anfangsträgheit und Haftreibungen. Die Beschleunigung der Hauptspindel verläuft im Vergleich zum Beschleunigungsabschnitt K11 bzw. K21 der Hochlaufkurve K1 bzw. K2. mit geringerer Dynamik und weist einen geringeren Gradienten in der Beschleunigung der Hauptspindel auf.
Es folgt zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wiederum ein Linearabschnitt K32. Im Vergleich zum Linearabschnitt K12 bzw. K22 der Hochlaufkurve K1 bzw. K2 weist der Linearabschnitt K32 der beispielhaften Hochlaufkurve K3 eine kürzere Dauer und stärkere Steigung auf. Ein solcher Verlauf kann gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung z.B. durch eine Motorregelung mit einem Regler erzielt werden, der zumindest einen P- und einen I-Anteil aufweist. Ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf kann dann im Vergleich zu einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf mit einem vergrößerten Verstärkungsfaktor und einer vergrößerten Nachstellzeit ausgestattet werden. Auf Grund der vergrößerten Nachstellzeit kann in den Anfahr- bzw. Bremszeiträumen, d.h. zwischen t1 und t4 bzw. t5 und t7 eine der jeweiligen Aufspannung angepasste Reduzierung der Antriebsdynamik erreicht werden. Die dabei auftretenden verlängerten Zeiträume für sanftere Beschleunigungsänderungen, d.h. mit geringeren Gradienten in der Beschleunigung der Hauptspindel, können durch einen vergrößerten Verstärkungsfaktor ausgeglichen werden, so dass der Linearabschnitt K32 auf Grund einer größeren Beschleunigung verkürzt wird. Somit wird auch bei Verarbeitung eines Regelparametersatzes für einen Sanfthochlauf die von einem Bediener angestrebte Solldrehzahl U_soll der Hauptspindel annähernd innerhalb der ursprünglichen Hochlaufzeit t_h erreicht.
Die dritte Hochlaufkurve K3 weist zwischen den Zeitpunkten t5 und t7 einen Entschleunigungs- bzw. Bremsabschnitt K33 auf. Dieser weist ebenfalls eine längere Dauer als der Entschleunigungsabschnitt K13 bzw. K23 der Hochlaufkurve K1 bzw. K2 auf. Der Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf ermöglicht somit eine längere Zeitspanne für die Entschleunigung der Aufspannung kurz vor Erreichen der Solldrehzahl U_soll. Die Bremsung der Hauptspindel verläuft somit träger und mit einer geringeren Dynamik als in dem Entschleunigungsabschnitt K13 bzw. K23 der Hochlaufkurve K1 bzw. K2. Aufgrund der längeren Dauer und geringeren Dynamik der Entschleunigung kommt es in dem Nachschwingabschnitt K34 zu einer Nachschwingung der Drehzahl U der Hauptspindel innerhalb des akzeptablen Toleranzbereichs Ut. Die obere und untere Toleranzdrehzahl U_tu und U_to werden nicht überschritten. Auch hier kann mit der Bearbeitung eines Werkstücks im Zeitpunkt t7 am Ende der Hochlaufzeit t_h begonnen werden.
Bezugszeichenliste

D: Konventionelle Drehmaschine
D1: Maschinengestell
D11: Hauptspindelmotor
D12: Motorregelung
D13: Drehzahlmesser
D14: Übertragungsvorrichtung, insbesondere Riementrieb
D2: Spindelstock
D21: Hauptspindel
D22: Spannmittel
D3: Maschinenbett
D31: Zugspindel
D32: Leitspindel
D4: Bettschlitten
D41: Planschlitten
D42: Werkzeug
D43: Schlossmutter
D5: Maschinensteuerung
D51: Datenverbindung
PN: Regelparametersatz für einen Normalhochlauf bei normaler Aufspannung
PS1: Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei erhöhter Aufspannung
PS2: Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei hoher Aufspannung
PS3: Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei sehr hoher Aufspannung
Umom: Momentan-Drehzahl des Hauptspindelmotors
Imom: Momentan-Motorstrom des Hauptspindelmotors
Mmom: Momentan-Drehmoment Hauptspindelmotor ins. unmittelbar nach Aktivierung
MS1: Schwellwert für Regelparametersatz P_S1
MS2: Schwellwert für Regelparametersatz P_S2
MS3: Schwellwert für Regelparametersatz P_S3
L1: Drehmoment-Zeit-Kurve bei normaler Aufspannung: P_N
L2: Drehmoment-Zeit-Kurve bei erhöhte Aufspannung: P_N → P_S1
L3: Drehmoment-Zeit-Kurve bei hoher Aufspannung: P_N → P_S2
L4: Drehmoment-Zeit-Kurve bei sehr hoher Aufspannung: P_N → P_S3
MN: Losreißmoment des Hauptspindelmotors bei normaler Aufspannung
U1: Überschreitung des Schwellwerts M_S1 durch Momentan-Drehmoment bei L1
U21: Überschreitung des Schwellwerts M_S1 durch Momentan-Drehmoment bei L2
U22: Überschreitung des Schwellwerts M_S2 durch Momentan-Drehmoment bei L2
U31: Überschreitung des Schwellwerts M_S1 durch Momentan-Drehmoment bei L3
U32: Überschreitung des Schwellwerts M_S2 durch Momentan-Drehmoment bei L3
U33: Überschreitung des Schwellwerts M_S3 durch Momentan-Drehmoment bei L3
t: Zeitachse
t1: Zeitpunkt Aktivierung Hauptspindelmotor
tm: Zeitspanne nach Aktivierung, Messzeitraum
t2, t3, t4, t5, t6, t7: Zeitpunkte auf der Zeitachse in 4
th: Hochlaufzeit der Hauptspindel
tn: Nachschwingzeit der Drehzahl der Hauptspindel
U: Drehzahlistwert der Hauptspindel
Usoll,: Solldrehzahl der Hauptspindel, einstellbar
Ut: Toleranzbereich der Solldrehzahl der Hauptspindel
Uto: obere Toleranzdrehzahl
Utu: untere Toleranzdrehzahl
K1: Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für Normalbeschleunigung und einer Aufspannung mit einem normalen Massenträgheitsmoment
K11: Beschleunigungsabschnitt
K12: Linearabschnitt
K13: Bremsabschnitt, Entschleunigungsabschnitt
K14: Nachschwingabschnitt
K2: Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für Normalbeschleunigung und einer Aufspannung mit einem erhöhten Massenträgheitsmoment
K21: Beschleunigungsabschnitt
K22: Linearabschnitt
K23: Bremsabschnitt, Entschleunigungsabschnitt
K24: Nachschwingabschnitt
K3: Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für eine Sanftbeschleunigung und eine Aufspannung mit erhöhtem Massenträgheitsmoment
K31: Beschleunigungsabschnitt
K32: Linearabschnitt
K33: Bremsabschnitt, Entschleunigungsabschnitt
K34: Nachschwingabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202019104050 U1 [0002]

Claims

Konventionelle Drehmaschine (D) mit einer Hauptspindel (D21), die von einem Hauptspindelmotor (Dil) mit einer Motorregelung (D12) angetrieben wird, und mit einer Maschinensteuerung (D5), in der zumindest hinterlegt sind - ein Regelparametersatz der Motorregelung (D12) für einen Normalhochlauf (P_N) der Hauptspindel (D21) mit einer Aufspannung, die ein im Mittel normales Massenträgheitsmoment aufweist, - zumindest ein Regelparametersatz der Motorregelung (D12) für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) mit reduzierter Antriebsdynamik der Hauptspindel (D21) mit einer Aufspannung, die ein im Mittel zumindest erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist, - eine Zeitspanne (t_m) nach der Aktivierung (t=0) des Hauptspindelmotors (D11), und - zumindest ein Schwellwert (M_S1, M_S2, M_S3) für das Momentan-Drehmoment (M_mom) des Hauptspindelmotors (D11), der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) der Hauptspindel (D21) zugeordnet ist, wobei die Maschinensteuerung (D5) so ausgebildet ist, dass diese - bei einer Aktivierung (t=0) des Hauptspindelmotors (D11) der Motorregelung (D12) den Regelparametersatz für den Normalhochlauf (P_N) bereitstellt, - in der Zeitspanne (t_m) das Momentan-Drehmoment (M_mom) überwacht, und - der Motorregelung (D12) des Hauptspindelmotors D11) an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf (P_N) einen Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) für den weiteren Hochlauf bereitstellt, wenn während der Zeitspanne (t_m) im Momentan-Drehmoment (M_mom) eine Überschreitung des einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) zugeordneten Schwellwertes (M_S1, M_S2, M_S3) detektiert wurde.
Konventionelle Drehmaschine nach Anspruch 1, wobei die Motorregelung (D12) zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik bei einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) auf den Hauptspindelmotor Beschleunigungen mit einem geringeren Gradienten ausgeübt als bei dem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf (P_N).
Konventionelle Drehmaschine nach einem der Anspruch 1 oder 2, wobei in der Maschinensteuerung (D5) zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik auf die Hauptspindel (D21) hinterlegt sind - jeweils ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3), der einer Aufspannung an der Hauptspindel zugeordnet ist, die ein im Mittel erhöhtes, hohes oder sehr hohes Massenträgheitsmoment aufweist, und - jeweils ein Schwellwert (M_S1, M_S2, M_S3), der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) zugeordnet ist, und dessen Größe mit dem Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung zunimmt.
Konventionelle Drehmaschine nach Anspruch 3, wobei die Motorregelung (D12) zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik bei einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) einen mit der Zunahme des mittleren Massenträgheitsmoments einer Aufspannung an der Hauptspindel (D21) abnehmenden Gradienten in der Beschleunigung auf die Hauptspindel (D21) ausübt.
Konventionelle Drehmaschine nach Anspruch 4, wobei ein Gradient in der Beschleunigung der Hauptspindel (D21) abhängig ist vom Verhältnis des Massenträgheitsmoments bei einer Aufspannung mit einem normalen Massenträgheitsmoment zum Massenträgheitsmoment einer Aufspannung mit einem erhöhten, hohen oder sehr hohen Massenträgheitsmoment.
Konventionelle Drehmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Motorregelung (D5) - einen Regler enthält, der zumindest einen P- und I-Anteil aufweist, und - ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) im Vergleich zu einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf (P_N) einen vergrößerten Verstärkungsfaktor und eine vergrößerte Nachstellzeit aufweist.
Konventionelle Drehmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zeitspanne (t_m) so gewählt ist, dass diese den Zeitbereich der Losreißphase der Hauptspindel (D21) nach einer Aktivierung des Hauptspindelmotors (D11) umfasst.
Konventionelle Drehmaschine nach Anspruch 7, wobei die Zeitspanne (t_m) einen Zeitraum im Bereich von 200 bis 800 Millisekunden umfasst.
Konventionelle Drehmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Maschinensteuerung (D5) den Hauptspindelmotor (D11) mit dem in der Motorregelung (D12) jeweils aktiven Regelparametersatz (P_N, P_S1, P_S2, P_S3) herunterfährt.
Konventionelle Drehmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Maschinensteuerung (D5) so ausgebildet ist, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden und einer Aktivierung des Hauptspindelmotors (D11) nach einem zwischenzeitlichen Stillstand ein Hochlauf der Hauptspindel (D21) ohne Überwachung des Momentan- Drehmoment (M_mom) mit dem in der Motorregelung (D12) jeweils aktiven Regelparametersatz erfolgt (P_N, P_S1, P_S2, P_S3).
Konventionelle Drehmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche zumindest mit einer Zugspindel (D31) für den Antrieb des Bettschlittens (D4).
Konventionelle Drehmaschine nach Anspruch 11, zumindest mit einer Leitspindel (D32) für den Antrieb eines Bettschlittens (D4) in der Betriebsart Gewindeschneiden, sowie mit einer Schlossmutter (D43), die in der Betriebsart Gewindeschneiden mit der Leitspindel (D32) in Eingriff ist, wobei die Maschinensteuerung (D5) so ausgebildet ist, dass in der Betriebsart Gewindeschneiden ein Stillstand der Hauptspindel (D21) und eine Auskuppelung der Schlossmutter detektiert werden und der Hauptspindelmotor (D11) nach einer erneuten Aktivierung von der Motorregelung (D12) mit dem Regelparametersatz für den Normalhochlauf (P_N) wieder angefahren wird.
Verfahren zum Betrieb einer konventionellen Drehmaschine (D) mit einer Hauptspindel (D21), die von einem Hauptspindelmotor (D11) mit einer Motorregelung (D12) angetrieben wird, wobei - der Hauptspindelmotor von der Motorregelung (D12) aktiviert wird mit einem Regelparametersatz für einen Normalhochlauf (P_N) der Hauptspindel, - in einer Zeitspanne (t_m) nach der Aktivierung (t=0) des Hauptspindelmotors (D11) zumindest ein Schwellwert (M_S1, M_S2, M_S3) für das Momentan-Drehmoment (M_mom) des Hauptspindelmotors (D11) überwacht wird, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) mit reduzierter Antriebsdynamik einer Aufspannung an der Hauptspindel (D21) zugeordnet ist, die ein im Mittel zumindest erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist, und - der Hauptspindelmotor (D11) von der Motorregelung (D12) an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf (P_N) mit einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) weiter angefahren wird, wenn während der Zeitspanne (t_m) im Momentan-Drehmoment (M_mom) des Hauptspindelmotors (D11) eine Überschreitung des Schwellwerts (M_S1, M_S2, M_S3) detektiert wurde, der dem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) der Hauptspindel (D21) zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zeitspanne (t_m) zumindest die Losreißphase der Hauptspindel (D21) nach einer Aktivierung des Hauptspindelmotors (D11) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zur Ausübung einer reduzierten Antriebsdynamik auf die Hauptspindel (D21) - jeweils ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) einer Aufspannung an der Hauptspindel (D21) zugeordnet ist, die ein im Mittel erhöhtes, hohes oder sehr hohes Massenträgheitsmoment aufweist, und - jeweils ein Schwellwert (M_S1, M_S2, M_S3) einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (P_S1, P_S2, P_S3) zugeordnet ist, dessen Größe mit dem Massenträgheitsmoment der jeweiligen Aufspannung zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Hauptspindelmotor (D11) mit dem in der Motorregelung (D12) jeweils aktiven Regelparametersatz (P_N, P_S1, P_S2, P_S3) heruntergefahren wird.