DE19851781A1 - Dynamikfehlerkompensation für Werkzeugmaschinen durch eine Hilfsachsbewegung - Google Patents

Description

Beim Bearbeiten von konturreichen Oberflächen mit hoher Geschwindigkeit müssen je nach Aufbau der Maschine größere Massen beschleunigt und wieder abgebremst werden. Je größer die zu bearbeitenden Teile sind um so größer müssen die entsprechenden Maschinen sein und um so größer sind die Massen und somit Trägheitsmomente der Maschinenachsen. Betroffen sind vor allem Maschinenachsen die weiter Maschinenachse zu tragen haben oder solche die die Werkstücke bewegen müssen. Die anderen Maschinenachsen sind im Vergleich zu diesen relativ klein und können somit dynamischer bewegt werden. Es gibt verschiedene Methoden die betreffenden Achsen vor größeren Konturabweichungen in der Geschwindigkeit zu reduzieren, was aber den Nachteil hat, daß die Gesamtbearbeitungszeit entsprechend größer wird.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde die schlechten dynamischen Eigenschaften einer Werkzeugmaschinenachse zu korrigieren. Mit einer zusätzlichen Hilfsachse parallel zur Hauptachse kann die fehlende Dynamik der Hauptachse kompensiert werden. Diese Hilfsachse sollte möglichst als letzte oder vorletzte Achse vor dem Werkzeughalter bzw. -antrieb installiert werden damit ihre Abmessungen so gering wie möglich bleiben. Die Hilfsachse wird so gesteuert, daß sie die Abweichungen der Hauptachse zur vorgegebenen Sollbewegung kompensiert.

Diese Abweichungen können von einer zu geringen Beschleunigung der Hauptachse herrühren, oder von einem bestimmten Anfahrverhalten der Hauptachse (z. Bsp. Beschleunigung über eine Rampe).

Diagramm 1 zeigt das Verhalten einer Maschinenachse. Die Soll-Bewegung stellt den von der Steuerung vorgegebenen Verlauf dar. Die Achsbewegung stellt den Verlauf der Achsgeschwindigkeit dar, der durch ein verzögertes Beschleunigen bzw. Abbremsen charakterisiert ist. Der Fehler der zwischen der Soll- Bewegung und dem tatsächlichen Verlauf der Achsbewegung entsteht, wird mit der Soll-Ist-Differenzkurve dargestellt. Dieser Fehler soll durch die Hilfsachsbewegung kompensiert werden. Der Fehler wird in der weiteren Beschreibung als Dynamikfehler bezeichnet.

Der maximale Betrag den die Hilfsachse zur Kompensation des Dynamikfehlers zurücklegen muß ist abhängig von der Differenz zwischen der Sollbeschleunigung und der wirklichen Achsbeschleunigung, vom maximalen Vorschub und von dem Verlauf der Kurvenform der Achsbewegung beim beschleunigen und abbremsen.

Mit dieser Erfindung wird der große Aufwand vermieden, der betrieben werden muß, um eine schwere Maschinenachse sehr dynamisch zu bewegen oder es können für hohe Dynamik nicht ausgelegte Maschinenachsen durch den Einsatz der Erfindung wesentlich verbessert werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird in Bild 1 anhand einer Portalfräsmaschine erläutert. Die Hilfsachse X_H in Bild 1 die zur Kompensation des Fehlers der Achse X benutzt wird ist nur eine kurze, auf dem Y-Schieber aufgesetzte Achse. Wie bereits erwähnt müssen diese Hilfsachsen nicht sehr lang sein da sie nur den Dynamikfehler der Achse ausgleichen müssen. In diesem Fall muß die Hilfsachse noch die Z-Achse tragen, was nur sinnvoll ist, wenn die Z-Achse baulich leicht ausgeführt ist.

Bild 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bei dem die Hilfsachse als letzte Achse ausgeführt ist. Sie ist am Z-Stößel angebracht und hat in diesem Fall nur das Gewicht des Werkzeuges bzw. des Werkzeugantriebes zu tragen. Mit dieser Variante ist es z. B. auch möglich eine Maschine nachzurüsten um kürzere Bearbeitungszeitien zu erreichen. Bei diesem Beispiel wird nun die Y-Achse die kritischste d. h. die mit dem schlechtesten dynamischen Verhalten sein.

Claims (1)

1. Mit der Dynamikfehlerkorrektur für Werkzeugmaschinen durch eine Hilfsachse wird einer Maschinenachse mit ungenügenden dynamischen Eigenschaften eine Hilfsachsbewegung überlagert, die parallel zu der Maschinenachse verläuft und die Abweichungen der Maschinenachse von der vorgegebenen Sollbewegung kompensiert.