DE19905775A1

DE19905775A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE19905775A1
Application number: DE19905775A
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: CH694791A5; IT1316627B1; ITMI20000219A0; ITMI20000219A1; DE19905775C2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen. Eine Spindel wird von zumindest einem geregelten Achsantrieb (2, 4) bewegt, der von einer Steuerung (8) Achssollwerte enthält. Ein die Spindel (5) mit einem Werkzeug (7) bewegender Spindelantrieb (6) erhält von der Steuerung (8) Spindelsollwerte (C, DOLLAR I1). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Spindeltrieb (6) als Spindelsollwerte (C) Lagesollwerte erhält, wenn ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug (7) erkannt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine nach der Gattung des unabhängigen An spruchs. Bei der Bosch-Steuerung Typ3 osa, Programmieranlei tung, Seite 2-65, wird ein Gewindebohrzyklus mit einem spezifisch zu programmierenden NC-Befehl aktiviert. Hierzu wird eine oberhalb der Bohrung liegende Position angefahren, bei der der Wechsel in den Gewindebohrzyklus erfolgt. In dieser Position erfolgt in der Regel bei stehender Spindel eine Umschaltung auf Lageregelbetrieb der Spindel. Die Spin del muß anschließend wieder beschleunigt werden auf eine aus technischer Sicht optimale Drehzahl, bevor das Gewinde ge schnitten wird. Durch diese Art der Ansteuerung können je doch in Verbindung mit dem Spindelhochlauf Verzögerungszei ten auftreten, die sich negativ auf die Bearbeitungszeiten auswirken. Auch ist im Lageregelbetrieb nicht sicherge stellt, daß der Schnittvorgang mit der gewünschten Drehzahl begonnen wird, da dies von einer genügend großen Einlauf strecke zum Erreichen der Drehzahl abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bearbeitungszeiten zu verkürzen und die Bearbeitungsqualität zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen An spruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Werk zeugmaschine umfaßt eine Spindel, die von zumindest einem geregelten Achsantrieb translatorisch bewegt wird, der Achs sollwerte von einer Steuerung erhält. Ein die Spindel mit einem Werkzeug rotatorisch bewegender Spindelantrieb erhält von der Steuerung Spindelsollwerte. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Spindelantrieb als Spindelsollwerte Lagesollwerte erhält, wenn ein zum Ge windebohren benötigtes Werkzeug erkannt wird. Dadurch lassen sich die Bearbeitungszeiten verkürzen, da auf das Anfahren der Spindelstillstandsposition oberhalb der Bohrung zur Be triebsartenumschaltung verzichtet werden kann. Zugleich kann die Spindel nach erfolgtem Werkzeugwechsel auf die zum Ge windebohren erforderliche maximale Spindeldrehzahl hochge fahren werden. Zweckmäßiger Weise lassen sich Werkzeugwech sel und Betriebsartenumschaltung der Spindel in nur einem Schritt vornehmen. Auch die Bahn der die Spindel bewegenden Achsantriebe läßt sich hinsichtlich der Bewegungsdauer opti mieren, da keine störende Zwischenposition anzufahren ist, bei der eine Betriebsartenumschaltung erfolgt. Dadurch las sen sich Sollwerte für die Achsantriebe vorgeben, die mit glatten Beschleunigungsverläufen korrespondieren.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß dem Spindelantrieb als Spindelsollwerte Lagesollwerte vorgegeben werden, wenn in einem NC-Programm ein zum Gewindebohren be nötigtes Werkzeug erkannt wird. Die hierzu notwendige Abfra ge zur Betriebsartenumschaltung wird in einfacher Weise durch eine entsprechende Software-Abfrage realisiert. Diese Abfrage kann mit Hilfe der Werkzeugnummer durchgeführt wer den, anhand derer eindeutig ein zum Gewindebohren notwendi ges Werkzeug erkannt wird. Die Umschaltung kann auch anhand der expliziten Programmierung eines entsprechenden Befehls im Teileprogramm vorgenommen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Umschaltung auf die Lageregelbetriebsart dann, wenn ein Werkzeugwechsel in Verbindung mit dem zum Gewindebohren benötigten Werkzeug erkannt wird. Zweckmäßigerweise geschieht die Umschaltung dann, wenn der Werkzeugwechsel abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Spindel im Ruhebetrieb, so daß dieser Betriebszustand, der für den Werkzeugwechsel notwen dig ist, auch gleichzeitig für die Umschaltung auf Lagere gelbetrieb herangezogen wird, ohne eine weitere Still standsposition der Spindel zu benötigen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß der Lagesoll wert für den Spindelantrieb von den Positions-/oder Ge schwindigkeitswerten der zumindest einen geregelten Achse abhängt(synchrone Kopplung). In Verbindung mit diesen Bahn werten und den die Bohrung beschreibenden Geometriedaten kann eine Ansteuerung der Spindel so vorgenommen werden, daß die Spindel mit Beginn des Umschaltens auf Lagebetrieb si cher die maximale, jeweils benötigte oder programmierte Spindeldrehzahl erreichen wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Drehrich tungsumkehr der Spindel bei laufendem Achsantrieb. Dadurch lassen sich die Bearbeitungszeiten minimieren, da keine Stillstandsposition zur Drehrichtungsumkehr angefahren wer den muß.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weite ren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zei gen Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die Fig. 2a eine Bewegungsbahn und die Fig. 2b die zugehörigen Geschwindigkeitsverläufe nach dem Stand der Technik, Fig. 3 eine Bewegungsbahn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie Fig. 4 den zeitlichen Verlauf bestimmter Kenngrößen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Achsantrieb 2 für die Z-Achse bewegt einen Spindelan trieb 6 und eine Spindel 5, die im Sinne einer Rotation von dem Spindelantrieb 6 angetrieben wird und die ein Werkzeug 7 enthält. Der Achsantrieb 4 für die X-Richtung bewegt den Achsantrieb 2 für die Z-Richtung, die Spindel 5, den Spin delantrieb 6 und das Werkzeug 7 in X-Richtung. Eine Steue rung 8 tauscht über ein Bussystem 9 mit den Achsantrieben 2, 4 und dem Spindelantrieb 6 Daten aus. In einem Werkstück be findet sich eine erste Bohrung 10, die mit Hilfe des Werk zeugs 7 mit einem Gewinde versehen werden soll.

In Fig. 2a ist eine Bewegungsbahn abgebildet, wie sie bei dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Tech nik auftritt. Ein Bahnverlauf 14 beschreibt die Bahnkurve der Spitze des Werkzeugs 7. In dem Werkstück sind eine erste und eine zweite Bohrung 10, 12 vorgebohrt. Zum Gewindebohren wird zuerst ein erster Punkt P1 angefahren. An diesem ersten Punkt P1 befindet sich die Spindel 5 im Stillstand. Wird der erste Punkt P1 erreicht, so erfolgt der Wechsel in die Lage regelbetriebsart der Spindel dann, wenn sich die Spindel 5 und das Werkzeug 7 in Ruhe befinden. Dem Spindelantrieb 6 werden die entsprechenden Spindellagesollwerte C vorgegeben. Die Achsantriebe 2, 4 werden mit den X- bzw. Z-Sollwerten in der Weise beaufschlagt, daß in der Bohrung bestimmte Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden. Im Endpunkt der Bohrung wird die Spindeldrehzahl auf Null reduziert und das Werkzeug 7 entgegen der bisherigen Bewegungsrichtung aus der ersten Bohrung 10 herausbewegt. Die gleiche Prozedur wiederholt sich am zweiten Punkt P2.

Die sich bei der Bewegungsbahn des Standes der Technik nach Fig. 2a ergebenden korrespondierenden Verläufe der Bahnge schwindigkeit und der Spindeldrehzahl lassen sich Fig. 2b entnehmen. Im ersten Punkt P1 nehmen Bahngeschwindig keit und Spindeldrehzahl den Wert Null an, so daß eine Umschaltung in die Betriebsart Gewindeschneiden erfolgen kann. Bahngesschwindigkeit und Spindeldrehzahl nehmen im gleichen Verhältnis zu, werden für eine gewisse Dauer konstant gehalten, im gleichen Verhältnis abgebremst, so daß in der ersten Bohrtiefe B1 die Drehrichtungsumkehr der Spin deldrehzahl erfolgen kann. Anschließend erfolgt eine konstante Beschleunigung der beiden Größen, für eine be stimmte Dauer wird in der ersten Bohrung 10 mit konstanter Geschwindigkeit gefahren, bis nach dem Verlassen der ersten Bohrung 10 die Bahngesschwindigkeit und Spindeldrehzahl auf Null gebremst werden im ersten Punkt P1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umschaltung der Ansteuerung der Spindel 5 durch die Steuerung 8 in den Lageregelbetrieb, der mit der Vorgabe von Spindellagesoll werten C einhergeht, wenn ein Einwechseln eines Werkzeugs 7 zum Gewindebohren erkannt wird. Die Umschaltung erfolgt bei spielsweise dann, wenn ein entsprechender Werkzeugwechselbe fehl in Verbindung mit einem Gewindebohrwerkzeug im NC- Programm erscheint und ein Quittungssignal anzeigt, daß die ser Werkzeugwechsel abgeschlossen ist. Alternativ kann die Umschaltung durch explizite Programmierung eines entspre chenden Befehls im Teileprogramm eingeleitet werden. Dann werden der Spindel 5 Spindellagesollwerte zugeführt. Aus der Spindeldrehzahl = 0 wird auf die zum Gewindeschneiden er forderliche Maximaldrehzahl max beschleunigt. Ausgehend vom Werkzeugwechselpunkt wird diese in der Regel rechtzeitig vor der mit einem Gewinde zu versehenden Bohrung 10 erreicht sein. Bei einem Rechtsgewinde sticht das Werkzeug 7 rechts drehend in die erste Bohrung 10 ein und verläßt diese wieder nach Drehrichtungsumkehr linksdrehend. Soll die zweite Boh rung 12 ebenfalls mit einem Rechtsgewinde versehen werden, so muß wiederum eine Drehrichtungsumkehr der Spindel 5 er folgen, dies geschieht in dem mit U1 bezeichneten Umkehr punkt. Es schließt sich der für die erste Bohrung 10 be schriebene Vorgang auch für die zweite Bohrung 12 an. Der aus der Bewegung der X-Achse und der Z-Achse resultierende Bewegungsverlauf wird als Bahnverlauf S, die damit korre spondierende Bahngeschwindigkeit als bezeichnet.

Die typischen Geschwindigkeitsverläufe der Bahngeschwindig keit und der Spindeldrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 4 dargestellt. Die Achsantriebe 2, 4 und der Spindelantrieb 6 sind nun so anzusteuern, daß sich die in Fig. 4 gezeichneten Bewegungsabläufe ergeben, um eine Minimierung der Bearbeitungszeit unter Einhaltung der tech nologischen Erfordernisse zu erreichen. Sollen erste und zweite Bohrung 10, 12 mit gleichsinnigen Gewinden versehen werden - andernfalls wäre ein Werkzeugwechsel erforder lich -, so muß eine Drehrichtungsumkehr des Spindelantriebs 6 erfolgen. In Übereinstimmung mit Fig. 3 geschieht dies in dem ersten Umkehrpunkt U1. Der Spindelantrieb 6 wird darauf hin so beschleunigt, daß möglichst rasch die maximale Spin deldrehzahl max erreicht wird, zumindest jedoch bevor die Bohrung im Punkt D2 von dem Werkzeug 7 erreicht wird. Auch die aus der Bewegung der X- und Z-Achse 2, 4 resultierende Bahngeschwindigkeit soll in dem Punkt D2 die gewünschte maximale Bahngeschwindigkeit max erreicht haben. Aus tech nologischen Gründen ist es notwendig, daß in der Bohrung zum Gewindeschneiden das Verhältnis von Bahngeschwindigkeit und Spindeldrehzahl konstant ist. Im Punkt C2 werden der Antrieb für die Z-Achse 2 und der Spindelantrieb 6 im glei chen Geschwindigkeitsverhältnis gebremst, damit im Punkt B2 die Drehrichtungsumkehr erfolgen kann. Die Beschleunigung des Antriebs der Z-Achse 2 und des Spindelantriebs 6 erfolgt wiederum im gleichen Verhältnis, bis die gewünschten Maxi malgeschwindigkeiten erreicht sind. Anschließend wird nach Verlassen der Bohrung 10 möglichst rasch die Drehrichtungs umkehr des Spindelantriebs 6 im Umkehrpunkt U2 vorbereitet und nach erfolgter Drehrichtungsumkehr wieder auf maximale Spindeldrehzahl max beschleunigt. Um auch die Bewegungs verläufe gemäß Fig. 4 zu erreichen, müssen dem Spindelan trieb 6 von der Steuerung 8 über das Bussystem 9 die ent sprechenden Spindellagesollwerte C vorgegeben werden. Nähe rungsweise trifft zu, daß die Spindeldrehzahl proportio nal ist zu dem Bahnverlauf S ausgehend von dem ersten Um kehrpunkt U1. Ist die Bahngeschwindigkeit konstant, wie bis zum Punkt C2, läßt sich für den Bereich des linearen An stiegs von , beginnend zum Zeitpunkt T (U1) folgende Be ziehung aufstellen: = ( max: Smax) . S. Wenn die Bahn geschwindigkeit änderbar ist, erweitert sich die Glei chung um den linearen Einfluß der Bahngeschwindigkeit . Damit ergibt sich folgende Gleichung:

= ( max: Smax) .S. ( : max).

Anhand einer der obigen Gleichungen ermittelt die Steuerung 8 nach Integration der Spindeldrehzahl den Spindellage sollwert C, der dem Spindelantrieb 6 im Lageregelbetrieb zu geführt wird.

Auch der Bahnverlauf S läßt sich durch geeignete Bahnsoll werte hinsichtlich der Bewegungsdauer minimieren, wenn bei spielsweise runde bzw. glatte Bahnverläufe gewählt werden, die sich beispielsweise mit entsprechenden Kreisbahninterpo lationen vorgeben lassen. Dadurch kann ein Bahnverlauf nach Fig. 3 erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Werkzeugmaschine, mit ei ner Spindel (5), die von zumindest einem geregelten Achsan trieb (2, 4) bewegt wird, der Achssollwerte (S, ) von ei ner Steuerung (8) erhält, wobei ein die Spindel (5) mit ei nem Werkzeug (7) bewegender Spindelantrieb (6) von der Steuerung (8) Spindelsollwerte (, C) erhält, dadurch ge kennzeichnet, daß der Spindelantrieb (6) als Spindelsollwer te Lagesollwerte (C) erhält, wenn ein zum Gewindebohren be nötigtes Werkzeug (7) erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelantrieb (5) Lagesollwerte (C) erhält, wenn in ei nem NC-Programm ein zum Gewindebohren benötigtes Werkzeug (7) erkannt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Spindelantrieb (5) Lagesoll werte (C) erhält, wenn das zum Gewindebohren benötigte Werk zeug (7) als in die Spindel (5) eingewechselt erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Werkzeugwechsel in Verbindung mit dem zum Gewindebohren benötigten Werkzeug (7) erkannt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Spindelantrieb (5) Lagesoll werte (C) erhält, wenn der Werkzeugwechsel abgeschlossen ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Lagesollwert (C) abhängt von Positions- und/oder Geschwindigkeitswerten (S, ) des zu mindest einen geregelten Achsantriebs (2, 4) abhängt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Lagesollwerte (C) so gewählt sind, daß die Spindel (5) aus dem Stillstand auf Maximal spindeldrehzahl ( max) beschleunigt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß eine Drehrichtungsumkehr der Spin del (5) bei einer Geschwindigkeit () des Achsantriebs (2, 4) erfolgt, die größer als Null ist, vorzugsweise bei der maximalen Geschwindigkeit ( max).