DE202022101707U1 - Conventional lathe - Google Patents
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Abstract
Konventionelle Drehmaschine (D) mit einer Hauptspindel (D21), die von einem Hauptspindelmotor (D11) mit einer Motorregelung (D12) angetrieben wird, und mit einer Maschinensteuerung (D5), in der zumindest hinterlegt sind
- ein Regelparametersatz der Motorregelung (D12) für einen Normalhochlauf (PN) der Hauptspindel (D21) mit einer Aufspannung, die ein im Mittel normales Massenträgheitsmoment aufweist,
- zumindest ein Regelparametersatz der Motorregelung (D12) für einen Sanfthochlauf (PS1, PS2, PS3) mit reduzierter Antriebsdynamik der Hauptspindel (D21) mit einer Aufspannung, die ein im Mittel zumindest erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist,
- eine Zeitspanne (tm) nach der Aktivierung (t=0) des Hauptspindelmotors (D11), und
- zumindest ein Schwellwert (MS1, MS2, MS3) für das Momentan-Drehmoment (Mmom) des Hauptspindelmotors (D11), der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (PS1, PS2, PS3) 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 (PN) bereitstellt,
- in der Zeitspanne (tm) das Momentan-Drehmoment (Mmom) überwacht, und
- der Motorregelung (D12) des Hauptspindelmotors D11) an Stelle des Regelparametersatzes für den Normalhochlauf (PN) einen Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (PS1, PS2, PS3) für den weiteren Hochlauf bereitstellt, wenn während der Zeitspanne (tm) im Momentan-Drehmoment (Mmom) eine Überschreitung des einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf (PS1, PS2, PS3) zugeordneten Schwellwertes (MS1, MS2, MS3) detektiert wurde.
Conventional lathe (D) with a main spindle (D21), which is driven by a main spindle motor (D11) with a motor controller (D12), and with a machine control (D5) in which at least
- a control parameter set of the motor control (D12) for a normal run-up (P N ) of the main spindle (D21) with a clamping that has a normal mass moment of inertia on average,
- at least one control parameter set of the motor control (D12) for a soft start (P S1 , P S2 , P S3 ) with reduced drive dynamics of the main spindle (D21) with a clamping that has an average at least increased mass moment of inertia,
- a period of time (t m ) after activation (t=0) of the main spindle motor (D11), and
- At least one threshold value (M S1 , M S2 , M S3 ) for the instantaneous torque (M mom ) of the main spindle motor (D11), which corresponds to a set of control parameters for a soft run-up (P S1 , P S2 , P S3 ) of the main spindle (D21) is assigned, wherein the machine control (D5) is designed so that this
- when the main spindle motor (D11) is activated (t=0), the motor control (D12) provides the control parameter set for the normal run-up (P N ),
- in the period of time (t m ) the instantaneous torque (M mom ) monitored, and
- the motor control (D12) of the main spindle motor D11) instead of the control parameter set for the normal run-up (P N ) provides a set of control parameters for a soft run-up (P S1 , P S2 , P S3 ) for further run-up if during the time period (t m ) in the instantaneous torque (M mom ) an exceeding of the threshold value ( MS1 , MS2 , MS3 ) assigned to a set of control parameters for a soft run-up (PS1, PS2 , PS3 ) was detected.
Description
Die Erfindung betrifft eine konventionelle DrehmaschineThe invention relates to a conventional lathe
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
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.In the following, the term clamping is understood to mean the sum of the clamping device currently attached to the main spindle and the workpiece held in it. Each setup has a mass moment of inertia due to its total mass and the distribution of the mass around the axis of rotation of the conventional lathe. In particular, the run-up behavior and the load on the main spindle motor, including the mechanical transmission device, are significantly influenced by this. The term mass moment of inertia for a rotating clamping, i.e. a clamping device with a workpiece, can also be abbreviated to mass inertia or inertia for the sake of simplicity.
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.Overload states of the drives and mechanics that occur during workpiece processing, e.g. caused by the specification of excessive feed speeds and cutting depths, can be recognized by an operator and eliminated with appropriate machine interventions. This is not possible when starting a conventional lathe. An operator can only intervene to avoid overloading after the conventional lathe has fully started up. Even experienced operators are not able to reliably estimate whether a simple, conventional lathe is likely to be overloaded during start-up with a certain setup.
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.Thus, when the main spindle of a conventional lathe is started up with a clamping that has at least an increased mass moment of inertia on average, high drive dynamics can be exerted on the main spindle motor by the motor control. Undesirably high mechanical loads can act on the components of the mechanical transmission device, e.g. a belt drive. These can result in increased wear, undesired slippage in the transmission device, e.g. slipping of the belt drive, and in extreme cases failure, e.g. tearing of the belt drive. The secure clamping of a workpiece in the clamping device can also be impaired and the workpiece can become detached.
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.Furthermore, during such a run-up, vibrations can also occur in the speed profile of the main spindle. Overshooting can occur in particular when the setpoint speed is reached. These can result in further wear in the conventional lathe. In particular, the completion of a run-up can be undesirably delayed as a result. Under certain circumstances, an operator then has to wait before beginning the machining of a workpiece until the speed fluctuations of the main spindle have subsided sufficiently and the main spindle speed can be regarded as largely constant.
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.These undesired effects occur to an increasing extent with the increase in the average mass moment of inertia to be accelerated by the main drive on the main spindle, i.e. when clamping with an increased, high or very high mass moment of inertia.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine konventionelle Drehmaschine anzugeben, wobei der Antrieb der Hauptspindel auch bei einer Aufspannung, die ein erhöhtes Massenträgheitsmoment aufweist, verschleißarm und schnell hochläuft.The invention is based on the object of specifying a conventional lathe in which the drive of the main spindle runs up quickly and with little wear, even when clamped with an increased mass moment of inertia.
Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen konventionellen Drehmaschine. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the conventional lathe specified in
Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine konventionelle Drehmaschine mit einer Hauptspindel, die von einem Hauptspindelmotor mit einer Motorregelung angetrieben wird und über eine Maschinensteuerung verfügt.The device according to the invention relates to a conventional lathe with a main spindle, which is driven by a main spindle motor with motor control and has a machine controller.
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.The main spindle motor of a conventional lathe according to the invention is operated by a motor controller whose control parameters are stored in a machine controller. the Control and its control parameters are selected in such a way that the main spindle with the respective clamping device after activation, ie switching on the main spindle motor and starting with
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.A conventional lathe according to the invention is a manual lathe without numerical control. Lathes of this type are described, for example, in DIN EN ISO 23125:2010-10 and are referred to there as
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.According to the invention, a control parameter set for the motor control for the normal run-up of the main spindle with a setting that has a normal mass moment of inertia on average is stored in the machine control of the conventional lathe, as well as at least one control parameter set for a soft run-up with reduced drive dynamics of the main spindle with a set-up that has an im Medium has at least increased moment of inertia. A normal run-up or soft run-up can also be referred to as a run-up of the main spindle speed with a normal acceleration or soft acceleration.
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.In the case of the invention, a medium moment of inertia of a clamping is referred to as normal if this includes, for example, a standard chuck as clamping means and a workpiece with medium dimensions that is usually to be machined on a conventional lathe, for example a straight shaft with an average diameter. In the context of the invention, an average diameter is understood to mean a value which is approximately in the middle range of the maximum permissible swing diameter of workpieces above the cross slide which can be fixed on the main spindle of the respective conventional lathe. Furthermore, in the case of the invention, an average mass moment of inertia of a clamping is referred to as increased if this includes, for example, a face plate as clamping means and a workpiece with a larger diameter. This is because a faceplate has masses located at a greater radius from the center of rotation compared to a standard chuck. The same applies to an oversized workpiece with a larger diameter.
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.Furthermore, in a further, particularly advantageous embodiment of the invention, an average mass moment of inertia of a clamping is referred to as high if, for example, it includes a large face plate as clamping means and a workpiece with a large diameter and external masses, e.g. a pipe. Finally, in the case of the present invention, an average mass moment of inertia of a clamping is referred to as very high if, for example, it has the largest possible clamping device for the respective lathe and a workpiece with a very large diameter and very large external masses. An example of such a workpiece is e.g. a thick-walled tube, which has such a large diameter that it can be arranged over the cross slide with a small or smallest possible distance without collision.
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.It is particularly advantageous in the invention that the clampings that typically occur during the operation of a conventional lathe and their moments of inertia are classified in value ranges, i.e. at least in a value range for clampings with a normal mass moment of inertia on average, as well as another mass moment of inertia that is increased on average . In a further embodiment of the invention, the mass moments of inertia can advantageously be further structured in the case of particularly heavy clampings that deviate from the normal conditions, i.e. in value ranges for increased, high and very high mass moments of inertia. This gradual assignment of mass moment of inertia ranges to clampings that typically occur during the operation of a conventional lathe offers a particularly advantageous and simple way of improving the starting behavior of a conventional lathe according to the invention.
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.In the case of the invention, a set of control parameters for a normal run-up of the main spindle contains control parameters which are adapted for the acceleration of a clamping with a normal, ie average, mass moment of inertia on average. With these parameters, the motor control can approach the main spindle with such a clamping in a normal run-up time from standstill until a target speed is reached. The components involved in the mechanical torque transmission direction in the drive train of the conventional lathe, eg a drive belt, is stressed to a normal extent, ie largely low-wear and without dynamic overloads.
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.According to the invention, a set of control parameters for a soft start-up contains control parameters which are adapted for the acceleration of the main spindle with clampings which exceed an average mass moment of inertia for a conventional lathe. In this, the control parameters are adjusted in comparison to a set of control parameters for normal run-up in such a way that the motor control develops lower drive dynamics. There are smoother speed transitions of the main spindle with the fixture held on it between acceleration and deceleration sections, also called deceleration sections, as well as possible intermediate sections with constant acceleration. Due to the extended control and process times in this way, the occurrence of load peaks due to jerky control interventions is prevented, which would not be appropriate for accelerating clampings with increased mass moments of inertia on a conventional lathe.
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.According to the invention, a period of time is also stored in the machine control, which expires after activation of the main spindle motor. According to the invention, the duration of the period of time covers, beginning with a standstill, the first start-up phase of the main spindle motor with the setting in motion of the main spindle and the clamping fixed thereto.
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.In an advantageous embodiment of the invention, the period of time includes at least the tearing away phase of the main spindle immediately after activation of the main spindle motor. In a conventional lathe, the period of time may preferably be in the range of 200 to 800 milliseconds. Such a duration is expedient because, on the one hand, it is long enough for the monitoring of the instantaneous torque according to the invention and, on the other hand, it is as short as possible so that the main spindle is mainly accelerated using a set of control parameters suitable for the respective mass inertia, i.e. either continue to use the normal startup or for a soft startup.
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.According to the invention, at least one threshold value for the instantaneous torque of the main spindle motor is also stored in the machine control and assigned to a control parameter set for a soft start-up of the main spindle. The threshold value for the instantaneous torque represents a limit. This is advantageously selected in such a way that if it is exceeded, the effect of a set of control parameters for a soft start-up of the main spindle on the motor control would lead to a more favorable start-up behavior with reduced drive dynamics for the conventional lathe.
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.In order to achieve this, the machine control according to the invention is designed in such a way that when the main spindle motor is activated, it initially provides the motor control with the set of control parameters for normal run-up and monitors the instantaneous torque in the period of time, particularly immediately after activation. If, during the period of time, the machine controller detects that the threshold value assigned to the control parameter set for a soft start-up has been exceeded in the instantaneous torque, the motor control of the main spindle motor is provided with the control parameter set assigned to the exceeded threshold value for a soft start-up for the further start-up instead of the control parameter set for normal start-up .
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.The period of time can be selected so that it is long enough to determine a representative torque curve and as short as possible so that the main spindle is only accelerated for a very short time using a set of control parameters that may be unsuitable.
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.In the case of the invention, the main spindle motor is thus activated regularly in such a way that the control parameter set for normal run-up is first provided by the machine control and processed by the motor control. The lathe starts from standstill with such boundary conditions. In the normal case, i.e. in the case of a clamping with a normal mass inertia on average, these are suitable and lead to a run-up in the desired manner without overloading the machine. If, on the other hand, a violation of the threshold value is detected, after the time period has expired, i.e. as quickly as possible after activation, the control parameter set in the engine control system is replaced by the machine control system with a control parameter set for a soft start-up. The lathe starts up only briefly after activation with an unfavorable set of parameters, so that machine overloads can hardly have any effects. The predominant further part of the run-up then takes place under the influence of a more favorable set of parameters with reduced drive dynamics.
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.When the main spindle is activated, it is initially set in rotation by the main spindle motor with a set of control parameters for a normal run-up. During the period that will The instantaneous torque generated by the main spindle motor using the set of control parameters for a normal run-up and transmitted to the main spindle is recorded and recorded by the machine control system. The term instantaneous torque is understood to mean the current actual torque value which is applied by the main spindle motor in particular to accelerate the main spindle with a clamping device attached to it when the machine is started up. If the course of the instantaneous torque recorded during the period of time shows that a stored threshold value is exceeded, the machine control in the controller of the main spindle motor replaces the set of control parameters for a normal run-up with the set of control parameters assigned to this threshold value for a soft run-up and the acceleration of the main spindle with this set of control parameters continued for a smooth run-up until the desired speed is reached. The maximum torque of the main spindle motor that occurs during the period of time with a control parameter set for a normal run-up thus serves as an indicator for the mass inertia of the clamping to be accelerated, so that after the period of time has elapsed, a control parameter set suitable for the derived mass inertia of the respective clamping is transferred from the machine control to the controller and the acceleration is continued with this set of control parameters. In this way, the acceleration behavior and the dynamics of the main spindle motor are individually adapted and harmonized to the mass inertia of the respective clamping.
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.Advantageously, the control parameter set that was recognized as optimal with the help of the invention during the period of time, i.e. the original control parameter set for normal startup or an exchanged control parameter set for soft startup, is also retained for the further operation of the conventional lathe and the implementation of the intended workpiece machining.
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.The invention offers the particular advantage that a low-wear run-up of a conventional lathe is also possible automatically if a machine operator does not notice the presence of a clamping with an undesirably high mass moment of inertia or cannot estimate the extent thereof. The invention enables the machine controller to monitor the type of clamping on the main spindle in the period of time, in particular immediately after the activation of the main spindle motor. According to the invention, the torque currently applied by the motor control, particularly in the breakaway phase after the activation of the main spindle motor, is monitored in order to set the main spindle and clamping device in motion. From this, the machine control can deduce whether the respective clamping is normal, with a mass moment of inertia that can be considered normal on average, or unusual, with a mass moment of inertia that can be considered excessive on average, and can set optimal drive dynamics by adapting the control parameter set.
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.In particular, the occurrence of load peaks in the transmission device between the main spindle motor and the main spindle and the wear are advantageously reduced on a lathe according to the invention. Furthermore, the harmonization of the acceleration reduces vibrations in the speed profile of the main spindle. As a result, the wear on a lathe according to the invention is advantageously further reduced. Furthermore, an after-oscillation of the speed after completion of the run-up of the main spindle is advantageously reduced, so that the run-up can be completed more quickly and machining of the clamped workpiece can be started more quickly.
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.The invention offers a significant improvement in the start-up behavior of a conventional lathe and relieves the strain on the operating personnel. Without the development according to the invention, this would have to abort a heavy start-up of a conventional lathe if you notice it at all. If possible, an attempt should then be made to reduce the mass moment of inertia of a clamping by modifying the main spindle. Otherwise, the machining of the workpiece would have to be shifted to a more powerful lathe. This can be avoided with the invention.
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.In a particularly advantageous development of the conventional lathe according to the invention, the motor controller exerts accelerations on the main spindle motor with a lower gradient than in the control parameter set for a normal run-up to generate reduced drive dynamics in a set of control parameters for a soft run-up. This embodiment of the invention offers the advantage that the reduction in the drive dynamics in the case of a soft run-up is brought about by limiting the rate of change of accelerations of the main spindle motor.
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.In a further advantageous embodiment of the conventional lathe according to the invention, a set of control parameters for a soft start-up, which is used for clamping, is stored in the machine control in order to exert reduced drive dynamics on the main spindle is assigned to the main spindle, which has an increased, high or very high mass moment of inertia on average, and a threshold value in each case, which is assigned to a set of control parameters for a soft run-up, and the size of which increases with the mass moment of inertia of the respective clamping. Several control parameter sets for soft start-up are therefore stored in the machine control. Each set of control parameters is optimized for a different clamping category. A control parameter set for a clamping with an average high moment of inertia, a control parameter set for a clamping with an average high mass moment of inertia and a control parameter set for a clamping with an average very high moment of inertia are therefore advantageously available.
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.The assignment of a set of control parameters for a smooth run-up to a respective associated torque threshold value advantageously enables the activation of a set of control parameters in the engine controller that is specially adapted for the moment of inertia of a more massive clamping. In particular, an advantageous size gradation of threshold values of a group makes it possible to classify the size of the instantaneous torques that occur in each case. If, in the period of time after the activation of the main spindle motor, it is detected that the instantaneous torque exceeds a larger of several threshold values, this is an indication of clamping with a correspondingly increased mass moment of inertia. In such a case, the invention makes it possible to replace the set of control parameters for normal run-up with a specifically selected set of control parameters that is particularly suitable for clamping with an increased, high or very high mass moment of inertia on average. This means that the soft start-up of a conventional lathe can be carried out automatically with little wear and without intervention by an operator, even when clamping with possibly strongly fluctuating mass moments of inertia.
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.In the above embodiment of the conventional lathe according to the invention, it can also be advantageous if the motor controller exerts a decreasing gradient in the acceleration on the main spindle with an increase in the mass moment of inertia of the clamping on the main spindle in order to exercise reduced drive dynamics with a control parameter set for a soft run-up. Particularly advantageously, the gradient can be selected as a function of the ratio of the moment of inertia in a setting with a normal moment of inertia to the moment of inertia of a setting with an increased, high or very high moment of inertia.
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.This offers the advantage that a gradient decrease can be adapted to a respectively existing ratio of a mass moment of inertia that is considered normal to an excessive mass moment of inertia. Special structural features and the performance of a respective conventional lathe are also included in the parameterization.
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.In a further advantageous embodiment of the conventional lathe according to the invention, the motor control contains a controller with at least one P component and one I component. An associated set of control parameters for a soft run-up then advantageously has an increased reset time and an increased amplification factor in comparison to a set of control parameters for a normal run-up to reduce the drive dynamics.
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.In this advantageous embodiment of the invention, the control parameters for a soft run-up have, as a control variable, a longer reset time than the set of control parameters for a normal run-up. For this purpose, the I component is usually reduced in a PI controller. In this way, the dynamics of the motor control can be reduced and the control behavior can be harmonized during a start-up phase and in particular during a deceleration or braking phase when the desired speed of the main spindle is approached. Particularly advantageously, the control parameters for a soft run-up as the controlled variable in this embodiment also have a greater amplification factor than the set of control parameters for a normal run-up. For this purpose, the P component is usually increased in a PI controller. In this way, the value of the approximately uniform acceleration of the main spindle between a start-up phase and a deceleration phase can be increased. All in all, by simultaneously increasing the reset time and amplification factor, the total time until the speed of the main spindle is reached can be largely maintained in many cases, despite gentler start-up and deceleration phases. The loss of time that occurs in the start-up and deceleration phases due to an increased reset time can be made up for in an intervening linear phase with largely constant acceleration due to the increased amplification factor.
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.The gain factor and reset time parameters are used to advantage in a control parameter set for classic motor control with a PI controller. If required, the set of control parameters can also have an additional D component in the case of a clamping with a particularly high mass moment of inertia. For example, control parameter sets for a soft start, which, according to a further embodiment of the invention that has already been explained, are assigned threshold values of increasing size, also have increasing D components. A D component causes a further reduction in the drive dynamics in the event of heavy starting of a clamping with a particularly high mass moment of inertia, particularly when the main spindle motor is activated or switched on.
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.In other versions of a motor control for the main spindle motor, e.g. a digital control, the control parameters that are essential to the invention are adapted accordingly, especially in a set provided for a soft start-up.
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.The machine control is particularly advantageously designed in such a way that the main spindle motor is shut down with the set of control parameters that is active in the motor control. In this version, the set of control parameters that is active in the motor control after the end of a run-up, e.g. for normal run-up or a soft run-up, is also active when the lathe is shut down until it comes to a standstill. Only when restarting, before which a workpiece change with a change in the mass moment of inertia of the clamping may have occurred, is the motor control reset to the initial state by reactivating the control parameter set for the normal run-up of the main spindle.
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.In an advantageous further embodiment of the invention, the machine control is designed such that in the thread cutting mode and activation of the main spindle motor after an interim standstill, the main spindle is run up without monitoring the current torque with the control parameter set active in the motor control.
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.The production of a thread in a workpiece with a desired quality and required parameters using a lathe often requires several machining operations. Between these, the operator stops the rotation of the main spindle, repositions the tool on the workpiece for the next machining step and also frequently carries out control measurements. The main spindle then starts up again in order to continue or complete the machining of the thread.
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.If the conventional lathe according to the invention is in the thread turning operating mode, this embodiment offers the advantage that the set of control parameters effective before the main spindle was temporarily stopped also remains active. Each time the main spindle is run up for a further machining step, a possibly unsuitable set of control parameters is not started and the suitable set of control parameters is determined again. Since the machining is carried out on the same workpiece and the mass moment of inertia of the clamping is unchanged, the original control parameter set can remain active. In this way, load peaks occurring in particular during the period of time are advantageously reduced and the wear on a lathe according to the invention is reduced.
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.A conventional lathe is often equipped with at least one feed spindle for driving a bed slide. Such a conventional lathe can be particularly advantageously additionally equipped with at least one lead screw for driving a bed carriage in the thread cutting mode, and with a lock nut which is in engagement with the lead screw in the thread cutting mode. In the thread cutting mode, the bed slide is not driven by the feed spindle, but by the lead screw and lock nut.
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 an advantageous further development of the conventional lathe according to the invention, the machine control is advantageously designed in such a way that in the thread cutting mode, a standstill of the main spindle and a disengagement of the lock nut are detected and the main spindle motor is restarted after renewed activation by the motor control with the control parameter set for normal run-up becomes.
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.In the thread cutting mode, the bed slide is not driven by the feed spindle, but by the lead spindle and lock nut. Disengagement of the nut is performed by an operator after the threading operation is complete and before the workpiece is unclamped from the lathe. It is no longer necessary to keep the previously active control parameter set, e.g. a control parameter set for a soft start. According to the invention, the machine controller detects this change in the state of the lock nut and activates the set of control parameters for a normal run-up. A set of control parameters for a soft start that may have been activated at the start of thread cutting and when the main spindle is started up is thus overwritten and reset.
Die erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine sowie vorteilhafte weitere Ausführungen derselben werden anhand der kurz angeführten Figuren nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
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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 Mmom des Hauptspindelmotors D11 während der Zeitspanne tm 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.
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1 an exemplary conventional lathe D designed according to the invention in a schematic front view, -
2 an exemplary, schematic functional diagram of the inventive interaction of the machine control D5 with the main spindle motor D11 in a conventional lathe D according to the invention, -
3 four exemplary time profiles L1, L2, L3, L4 of the instantaneous torque M mom of the main spindle motor D11 during the period t m after activation of the main spindle for clamping with different moments of inertia, and -
4 a speed-time diagram for the instantaneous speed of the main spindle with three exemplary time curves K1, K2, K3 of the speed U of the main spindle for different clampings and control parameter sets.
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
Die Drehmaschine D weist einen insbesondere drehzahlgeregelten Hauptspindelmotor D11 auf, dessen Rotation über eine Übertragungsvorrichtung, die im Beispiel der
Die erfindungsgemäße konventionelle Drehmaschine sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Drehmaschine werden anhand der schematischen Skizze in
In der Maschinensteuerung D5 sind erfindungsgemäß zumindest hinterlegt ein Regelparametersatz für einen Normalhochlauf PN der Hauptspindel D21 sowie eine einstellbare Zeitspanne tm, in der nach Aktivierung des Hauptspindelmotors D11 der Verlauf des vom Hauptspindelmotor abgegebenen Momentan-Drehmoments Mmom 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 MS1 für das Momentan-Drehmoment Mmom des Hauptspindelmotors D11 hinterlegt.According to the invention, at least one control parameter is stored in the machine control D5 Substitute for a normal run-up P N of the main spindle D21 and an adjustable period of time t m , in which, after the activation of the main spindle motor D11, the course of the instantaneous torque M mom emitted by the main spindle motor is recorded and monitored. Furthermore, according to the invention, at least one further set of control parameters for a soft start-up of the main spindle with reduced drive dynamics and a threshold value M S1 assigned to this set of control parameters for the instantaneous torque M mom of the main spindle motor D11 are stored.
Bei dem in der Skizze von
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.The specification of the at least one threshold value is carried out according to the invention, in particular taking into account a mass to be accelerated by the main spindle motor, i.e. is dependent in particular on the inertia of the respective clamping device and a workpiece held by it. In particular, the size of the selected threshold depends on the performance of the main spindle motor, i.e. the ability to provide a specific motor torque. A threshold value enables the machine controller to detect whether the mass moment of inertia of a current clamping is still considered normal or already increased, and whether a ramp-up can still be managed with a control parameter set for a normal ramp-up or advantageously the or a selected control parameter set for a soft ramp-up is to be activated.
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
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 PN über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12 des Hauptspindelmotors D11 übertragen und der Lauf der Zeitspanne tm gestartet. Der Hochlauf der Hauptspindel beginnen damit zunächst unter der Regie des Regelparametersatzes für einen Normalhochlauf PN.
Schritt 2 betrifft die Abläufe während der Zeitspanne tm, d.h. den Zeitraum 0 < t < tm. Dabei werden von der Motorregelung D12 über die Datenverbindung D51 laufend die Werte der vom Drehzahlmesser D13 bestimmten Momentan-Drehzahl Umom des Hauptspindelmotors D11 sowie des davon aufgenommenen Momentan-Motorstroms Imom an die Maschinensteuerung D5 übertragen. Hieraus wird durch die Maschinensteuerung D5 der Verlauf des Momentan-Drehmoments Mmom(t) in Abhängigkeit der Zeit ermittelt.
Schritt 3 betrifft die Abläufe nach Ablauf der Zeitspanne tm, d.h. den Zeitraum t > tm. Mit Ablauf der Zeitspanne tm erfolgt bevorzugt in der Maschinensteuerung D5 eine Auswertung des erfassten Drehmoment-Zeit-Verlaufs. Weist dieser im Zeitraum 0 < t < tm keine Überschreitung des Schwellwerte MS1 auf, bzw. gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung eines Schwellwerts MS1 < MS2 oder < MS3, 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 PN. 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 PN vorteilhaft für den Abschluss des Hochlaufs ist. Dies ist im unteren Bereich von
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 PS1 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.If, on the other hand, it is detected that a threshold value is exceeded in the torque-time curve, i.e. in the instantaneous torque, the control parameter set assigned to this threshold value for a soft run-up P S1 is transmitted by the machine control D5 via the data connection D51 to the motor control D12 of the main spindle motor D11. The control parameter set for normal run-up that is briefly active when the main spindle starts up is thus overwritten and the run-up is thus completed with reduced drive dynamics.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann auch ein Satz von Schwellwerten vorhanden sein, z.B. die Schwellwerte MS1, MS2 oder MS3. Dabei ist jedem Schwellwert ein Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS1, PS2 oder PS3 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 PS1, PS2 oder PS3 und dessen Übertragung von der Maschinensteuerung D5 über die Datenverbindung D51 an die Motorregelung D12, der dem höchsten überschrittenen Schwellwert MS1, MS2 oder MS3 zugeordnet ist. Dies wird anhand des beispielhaften Verlaufs in
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.The invention offers the advantage that due to the monitoring of the instantaneous torque of the main spindle motor in the period of time, i.e. the particularly high torque to be applied by the main spindle motor at the beginning of the acceleration of the main spindle, a conclusion can be drawn about the mass moment of inertia of the respective clamping of the clamping device and workpiece on the main spindle is possible, and then an adapted set of control parameters can be used for a more harmonious soft start-up of the main spindle with reduced drive dynamics. In this way, peak loads, in particular in the transmission device, and the wear on a lathe according to the invention are reduced.
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 PN aktiv oder wird durch den Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS1, PS2 bzw. PS3 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.In an advantageous further embodiment of the invention, the machine control is also designed such that in the thread-cutting operating mode, the main spindle continues to be operated after a standstill with the control parameter set that was effective before the standstill. When the thread cutting mode is activated in the machine control and the clamping is accelerated for the first time, a selection and activation of a set of control parameters takes place in the manner according to the invention. Depending on the masses to be accelerated, the set of control parameters for a normal run-up P N is active or replaced by the set of control parameters for a soft run-up P S1 , P S2 or P S3 . This set of control parameters is also processed after the main spindle has been stopped in the meantime and the clamping has been accelerated again, as long as the thread cutting mode is activated in the D5 machine control. This embodiment offers the advantage that the set of control parameters selected with the aid of the invention can remain active over a longer period of time. The machining of a thread or the repeated production of threads, in particular of the same type on the same workpiece, can be carried out quickly without intermittent standstills of the lathe causing the time period to expire again and repeated threshold value monitoring of the course of the instantaneous torque.
Die in
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 PN Drehmoment aufbaut, und einen bogenförmigen Bereich mit einem Maximalwert, der einem Losreißmoment MN 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 tm nicht den ersten Schwellwert MS1, sodass nach Ablauf der Zeitspanne tm weiterhin der Regelparametersatz für den Normalhochlauf PN angewendet wird.The exemplary torque curve L1 occurs when accelerating a clamping that has a normal mass moment of inertia. This has a linear initial range in which the main spindle motor using the control parameter set for a normal run-up P N Torque builds up, and an arcuate area with a maximum value that can be assigned to a breakaway torque M N , and in which static friction between the components of the spindle drive is to be overcome. In the further degressive range, the further acceleration of the clamping takes place. The torque curve L1 does not exceed the first threshold value M S1 during the period of time t m , so that the set of control parameters for the normal run-up P N continues to be applied after the period of time t m has elapsed.
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 PN 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 tm im Schnittpunkt U1 den Schwellwert MS1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS1 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne tm, d.h. nach der in
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 PN 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 tm im Schnittpunkt U21 den Schwellwert MS1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS1 zugeordnet ist, und in einem weiteren Schnittpunkt U22 den Schwellwert MS2, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS2 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne tm, d.h. bei der in
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 PN 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 tm im Schnittpunkt U31 den Schwellwert MS1, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS1 zugeordnet ist, in einem weiteren Schnittpunkt U32 den Schwellwert MS2, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS2 zugeordnet ist, und schließlich im Schnittpunkt U33 den Schwellwert MS3, der einem Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf PS3 zugeordnet ist. Nach Ablauf der Zeitspanne tm, d.h. bei der in
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.In the case of the conventional lathe according to the invention, a gradual application of pre-programmed sets of control parameters therefore takes place depending on the mass moment of inertia of the respective clamping. These are each matched to a mass inertia range, i.e. to ranges with e.g. normal, increased, high or very high mass moments of inertia on average, and result in a smooth run-up with decreasing drive dynamics. This has the advantage that the machine control system does not require any computing power-intensive interpolation of an individual control parameter set that is matched to the value of a clamping to be accelerated. Rather, the exchange according to the invention of stored control parameter sets, as described above, can also be carried out quickly by the simple control of a conventional lathe.
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 PN verarbeitet. The run-up curve K1 with a thick continuous line thus illustrates a normal case of the acceleration of the main spindle. The clamping has a normal mass moment of inertia and contains, for example, a conventional chuck as the clamping device and a shaft as the workpiece. The run-up curve starts at the origin with the activation of the main spindle motor at time t1=0 and the
In der Zeitspanne tm zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt in erfindungsgemäßer Weise die Überwachung des Momentan-Drehmoments Umom des Hauptspindelmotors. Bei der Hochlaufkurve K1 wird angenommen, dass während der Zeitspanne tm 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
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 Usoll das Drehmoment des Hauptspindelmotors und somit die Beschleunigung der Aufspannung reduziert werden. Zum Zeitpunkt t7 ist annähernd die durch einen Bediener vorgewählte Solldrehzahl Usoll der Hauptspindel erreicht. Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t1 und t7 entspricht der von einem Bediener gewünschte Hochlaufzeit th der Hauptspindel bis zum Erreichen der Solldrehzahl Usoll.The exemplary run-up curve K1 has an acceleration section K11 between the times t1 and t3. The torque is built up by the main spindle motor, the starting inertia of the transmission elements and clamping as well as the static friction in the spindle drive are overcome. Since the associated mass moment of inertia is assumed to be normal in the example of run-up curve K1, the torque applied by the main spindle motor does not cause any unreasonably high loads in the transmission device. Between times t3 and t6, there follows a linear segment K12, in which the speed of the main spindle increases approximately linearly. Between times t6 and t7, a deceleration or deceleration section K13 follows, in which, shortly before the target speed U is reached, the torque of the main spindle motor and thus the acceleration of the clamping are reduced. At the point in time t7, the desired speed U desired of the main spindle , which has been preselected by an operator, is approximately reached. The period of time between times t1 and t7 corresponds to the run-up time t h of the main spindle desired by an operator until the setpoint speed U setpoint is reached.
In der Praxis folgt nach der Hochlaufzeit th 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 tn um den Wert der Solldrehzahl Usoll nach. Im Beispiel der Hochlaufkurve K1 verlaufen die Nachschwingung der Hauptspindeldrehzahl innerhalb eines Toleranzbereichs Ut zwischen einer oberen und unteren Toleranzdrehzahl Uto und Utu, und klingen innerhalb einer akzeptablen Nachschwingzeit tn ab. Mit der Bearbeitung eines Werkstücks kann somit im Zeitpunkt t7 am Ende der Hochlaufzeit th begonnen werden.In practice, after the run-up time t h and the formal completion of the run-up of the main spindle, a post-oscillation section K14 usually follows. In this, the speed U of the main spindle oscillates by the value of the setpoint speed U set for the duration of a post-oscillation time t n due to the mass moment of inertia of the clamping and its previous deceleration. In the example of the run-up curve K1, the post-oscillations of the main spindle speed run within a tolerance range Ut between an upper and lower tolerance speed Uto and U tu , and subside within an acceptable post-oscillation time t n . The machining of a workpiece can thus begin at point in time t7 at the end of run-up time t h .
Die Hochlaufkurve K2 in
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 PN 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 Usoll 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 Umom auftreten. Diese sind in
Die Hochlaufkurve K3 in
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.The exemplary run-up curve K3 has an acceleration section K31 between the times t2 and t4, which is longer than the acceleration section K11 or K21 of the run-up curve K1 or K2. The set of control parameters for a soft start allows a longer duration for the initial acceleration of the clamping and for overcoming the initial inertia and static friction. The acceleration of the main spindle runs in comparison to the acceleration section K11 or K21 of the run-up curve K1 or K2. with lower dynamics and has a lower gradient in the acceleration of the main spindle.
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 Usoll der Hauptspindel annähernd innerhalb der ursprünglichen Hochlaufzeit th erreicht.A linear section K32 follows between the times t4 and t5. Compared to the linear section K12 or K22 of the run-up curve K1 or K2, the linear section K32 of the exemplary run-up curve K3 has a shorter duration and a steeper slope. According to an advantageous further embodiment of the invention, such a course can be achieved, for example, by motor control with a controller which has at least one P component and one I component. A set of control parameters for a soft run-up can then be equipped with an increased amplification factor and an increased reset time compared to a set of control parameters for a normal run-up. Due to the increased reset time, a reduction in the drive dynamics adapted to the respective clamping can be achieved in the acceleration and braking periods, ie between t1 and t4 or t5 and t7. The longer periods of time that occur for gentler changes in acceleration, ie with lower gradients in the acceleration of the main spindle, can be compensated for by an increased amplification factor, so that the linear section K32 is shortened due to a greater acceleration. Thus, even when processing a set of control parameters for a soft run-up , the setpoint speed U desired of the main spindle desired by an operator is approximately reached within the original run-up time t h .
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 Usoll. 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 Utu und Uto werden nicht überschritten. Auch hier kann mit der Bearbeitung eines Werkstücks im Zeitpunkt t7 am Ende der Hochlaufzeit th begonnen werden.The third ramp-up curve K3 has a deceleration or braking section K33 between times t5 and t7. This also has a longer duration than the deceleration section K13 or K23 of the run-up curve K1 or K2. The set of control parameters for a soft run-up thus enables a longer period of time for the deceleration of the clamping shortly before the setpoint speed U setpoint is reached. The main spindle is therefore braked more slowly and with less dynamics than in the deceleration section K13 or K23 of the run-up curve K1 or K2. Due to the longer duration and lower dynamics of the deceleration, there is a post-oscillation of the speed U of the main spindle within the acceptable tolerance range Ut in the post-oscillation section K34. The upper and lower tolerance speeds U tu and Uto are not exceeded. Here, too, the machining of a workpiece can begin at point in time t7 at the end of run-up time t h .
BezugszeichenlisteReference List
- DD
- Konventionelle DrehmaschineConventional lathe
- D1D1
- Maschinengestellmachine frame
- D11D11
- Hauptspindelmotormain spindle motor
- D12D12
- Motorregelungengine control
- D13D13
- Drehzahlmessertachometer
- D14D14
- Übertragungsvorrichtung, insbesondere RiementriebTransmission device, in particular belt drive
- D2D2
- Spindelstockheadstock
- D21D21
- Hauptspindelmain spindle
- D22D22
- Spannmittelclamping devices
- D3D3
- Maschinenbettmachine bed
- D31D31
- Zugspindelpull spindle
- D32D32
- Leitspindellead screw
- D4D4
- Bettschlittenbed slide
- D41D41
- Planschlittencross slide
- D42D42
- WerkzeugTool
- D43D43
- Schlossmuttercastle nut
- D5D5
- Maschinensteuerungmachine control
- D51D51
- DatenverbindungData Connection
- PNpm
- Regelparametersatz für einen Normalhochlauf bei normaler AufspannungSet of control parameters for a normal run-up with normal clamping
- PS1PS1
- Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei erhöhter AufspannungControl parameter set for a soft start with increased clamping
- PS2PS2
- Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei hoher AufspannungControl parameter set for a soft start with high clamping
- PS3PS3
- Regelparametersatz für einen Sanfthochlauf bei sehr hoher AufspannungControl parameter set for a soft start with very high clamping
- Umomumom
- Momentan-Drehzahl des HauptspindelmotorsCurrent speed of the main spindle motor
- ImomImom
- Momentan-Motorstrom des HauptspindelmotorsInstantaneous motor current of the main spindle motor
- Mmommmm
- Momentan-Drehmoment Hauptspindelmotor ins. unmittelbar nach AktivierungInstantaneous torque of the main spindle motor ins. immediately after activation
- MS1MS1
- Schwellwert für Regelparametersatz PS1 Threshold for control parameter set P S1
- MS2MS2
- Schwellwert für Regelparametersatz PS2 Threshold for control parameter set P S2
- MS3MS3
- Schwellwert für Regelparametersatz PS3 Threshold for control parameter set P S3
- L1L1
- Drehmoment-Zeit-Kurve bei normaler Aufspannung: PN Torque-time curve with normal clamping: P N
- L2L2
- Drehmoment-Zeit-Kurve bei erhöhte Aufspannung: PN → PS1 Torque-time curve with increased clamping: P N → P S1
- L3L3
- Drehmoment-Zeit-Kurve bei hoher Aufspannung: PN → PS2 Torque-time curve at high clamping: P N → P S2
- L4L4
- Drehmoment-Zeit-Kurve bei sehr hoher Aufspannung: PN → PS3 Torque-time curve with very high clamping: P N → P S3
- MNMN
- Losreißmoment des Hauptspindelmotors bei normaler AufspannungBreakaway torque of the main spindle motor with normal clamping
- U1U1
- Überschreitung des Schwellwerts MS1 durch Momentan-Drehmoment bei L1Exceeding of the threshold M S1 by instantaneous torque at L1
- U21U21
- Überschreitung des Schwellwerts MS1 durch Momentan-Drehmoment bei L2Exceeding of the threshold M S1 by instantaneous torque at L2
- U22U22
- Überschreitung des Schwellwerts MS2 durch Momentan-Drehmoment bei L2Exceeding of the threshold value M S2 by instantaneous torque at L2
- U31U31
- Überschreitung des Schwellwerts MS1 durch Momentan-Drehmoment bei L3Exceeding of the threshold M S1 by instantaneous torque at L3
- U32U32
- Überschreitung des Schwellwerts MS2 durch Momentan-Drehmoment bei L3Exceeding of the threshold M S2 by instantaneous torque at L3
- U33U33
- Überschreitung des Schwellwerts MS3 durch Momentan-Drehmoment bei L3Exceeding of the threshold M S3 by instantaneous torque at L3
- tt
- Zeitachsetimeline
- t1t1
- Zeitpunkt Aktivierung HauptspindelmotorTime of activation of the main spindle motor
- tmtm
- Zeitspanne nach Aktivierung, MesszeitraumTime span after activation, measurement period
- t2, t3, t4, t5, t6, t7t2, t3, t4, t5, t6, t7
-
Zeitpunkte auf der Zeitachse in
4 Points in time on the time axis in4 - thth
- Hochlaufzeit der HauptspindelRun-up time of the main spindle
- tntn
- Nachschwingzeit der Drehzahl der HauptspindelPost-oscillation time of the speed of the main spindle
- Uu
- Drehzahlistwert der HauptspindelSpeed actual value of the main spindle
- Usollusol
- Solldrehzahl der Hauptspindel, einstellbarTarget speed of the main spindle, adjustable
- UtUt
- Toleranzbereich der Solldrehzahl der HauptspindelTolerance range of the target speed of the main spindle
- UtoUto
- obere Toleranzdrehzahlupper tolerance speed
- Utuutu
- untere Toleranzdrehzahllower tolerance speed
- K1K1
- Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für Normalbeschleunigung und einer Aufspannung mit einem normalen MassenträgheitsmomentRamp-up curve of the main spindle with control parameter set for normal acceleration and clamping with a normal mass moment of inertia
- K11K11
- Beschleunigungsabschnittacceleration section
- K12K12
- Linearabschnittlinear section
- K13K13
- Bremsabschnitt, EntschleunigungsabschnittBraking section, deceleration section
- K14K14
- Nachschwingabschnittringing section
- K2K2
- Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für Normalbeschleunigung und einer Aufspannung mit einem erhöhten MassenträgheitsmomentRamp-up curve of the main spindle with control parameter set for normal acceleration and clamping with an increased mass moment of inertia
- K21K21
- Beschleunigungsabschnittacceleration section
- K22K22
- Linearabschnittlinear section
- K23K23
- Bremsabschnitt, EntschleunigungsabschnittBraking section, deceleration section
- K24K24
- Nachschwingabschnittringing section
- K3K3
- Hochlaufkurve der Hauptspindel mit Regelparametersatz für eine Sanftbeschleunigung und eine Aufspannung mit erhöhtem MassenträgheitsmomentRamp-up curve of the main spindle with control parameter set for gentle acceleration and clamping with increased mass moment of inertia
- K31K31
- Beschleunigungsabschnittacceleration section
- K32K32
- Linearabschnittlinear section
- K33K33
- Bremsabschnitt, EntschleunigungsabschnittBraking section, deceleration section
- K34K34
- Nachschwingabschnittringing section
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 202019104050 U1 [0002]DE 202019104050 U1 [0002]
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Legal Events
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |