DE3418365A1

DE3418365A1 - Regeleinrichtung fuer einen gleichstrom-hauptspindelantrieb

Info

Publication number: DE3418365A1
Application number: DE19843418365
Authority: DE
Inventors: Hans 8524 Neunkirchen Groß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-05-17
Filing date: 1984-05-17
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3418365C2

Description

Regeleinrichtung für einen Gleichstrom-Hauptspindel-
antrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Gleichstrom-Hauptspindelantrieb an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Drehmaschine mit einem Revolverkopf für Dreh- und Fräswerkzeuge, an der der Steuersatz eines zur Speisung dienenden Umkehrstromrichters angeschlossen ist.
Es sind bereits Drehmaschinen bekannt, bei denen im Revolverkopf auch antreibbare Fräswerkzeuge vorgesehen sind. Im Regelfall werden diese Fräswerkzeuge nur für einfache Bearbeitungen benutzt, da eine Programmierung, die die Werkstückdrehung durch die Hauptspindel und die Vorschubbewegung des Revolverkopfes für zu fahrende Bahnkurven berücksichtigen müßte, relativ aufwendig ist.
Es ist bereits bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu verringern, daß bei Bahnkurven mit im Polarkoordinatensystem winkelabhängigem Radius die Bahnkurven in einem kartesischen, fest auf das Werkstück bezogenen Koordinatensystem vorgegeben werden, wobei der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems mit der Drehachse des Werkstückes übereinstimmt, worauf dann die kartesischen Koordinaten anschließend in einem Koordinatenwandler in Polarkoordinaten umgewandelt werden, die zur Steuerung der Spindeldrehung und des Revolverkopfvorschubes benutzt werden. In dieser Betriebsweise wird also die Hauptspindel wie eine Vorschubachse betrieben.
Da die Forderungen im Hauptspindelbetrieb, z.B. beim Drehen, andere sind, als wenn irgendwelche Bahnen durch entsprechenden Vorschub zurückgelegt werden müssen, ist auch eine Anpassung des eigentlichen Spindelantriebs an diese Gegebenheiten erforderlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Regeleinrichtung für den Antrieb so auszugestalten, daß wahlweise die Bedürfnisse eines Hauptspindelantrie bes als auch die eines Vorschubantriebes erfüllt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmalskombinationen der Regeleinrichtung gelöst: a) Zwischen der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine und dem Steuersatz sind parallel zwei Regelkanäle vorgesehen, von denen der erste, im Hauptspindelbetrieb wirksame Kanal aus der Reihenschaltung eines Hochlaufgebers, eines Drehzahlreglers und eines Stromreglers und der zweite, im Vorschubbetrieb wirksame Kanal aus einem Drehzahlregler mit drehzahlabhängig änderbarer Verstärkung und Nachstellzeit und aus einer Strombegrenzung besteht, b) durch ein Kommando der numerischen Steuerung ist über eine Umschaltlogik der Steuersatz zwischen den Kanälen umschaltbar.
Auf diese Weise kann durch die getrennten Kanäle Jeweils dieJenige Regeleinstellung gewählt werden, die für den jeweiligen Betrieb optimal ist; z.B. können die relativ raschen Vorschubänderungen bzw. sehr kleine Drehzahlen durch den Vorschubregelkreis beherrscht werden, dagegen das Hochlaufen und die definierte Führung des Moments durch den Spindelregelkanal erreicht werden.
Ebenso wie der Steuersatz wird zweckmäßigerweise auch die zur Steuerung des Umkehrstromrichters erforderliche Kommando stufe zwischen den Ausgängen der Drehzahlregler umgeschaltet.
Wie bereits bemerkt, besteht der Vorschubregelkreis nur aus einem Drehzahlregler mit Strombegrenzung. Die Strombegrenzung selbst kann wiederum durch einen Strombegrenzungsregler verändert werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert: Eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung 1 steuert über eine Regeleinrichtung 2 mit Steuersatz 19 einen Umkehrstromrichter 3, der zur Speisung eines Gleichstrom-Hauptspindelantriebes 4 dient. Dieser Motor 4 treibt - wie gestrichelt angedeutet - das Spindelfutter 5, mit dem das zu bearbeitende Werkstück 6 in Drehung versetzt werden kann. Zur Bearbeitung des Werkstückes 6 dient ein Revolverkopf 7 mit Werkzeugen, der durch Vorschubmotoren 8 und 9 in X, Z-Richtung verstellbar ist.
Bei der Drehbearbeitung läuft der Motor 4 im Hauptspindelbetrieb; diese Betriebsweise sei mit s bezeichnet.
Im Vorschubbetrieb c (d.h. wenn z.B. gefräst wird) arbeitet der Motor 4 als Vorschubmotor. Damit können z.B. Nuten in die Oberfläche des Werkstückes eingefräst werden.
Für den Vorschubbetrieb ist dem Motor 4 ein Weggeber 26 zugeordnet, der dem Wegistwert entsprechende Werte an die numerische Steuerung 1 liefert. Diese vergleicht sie mit den vorgegebenen Wegsollwerten und bildet daraus im Vorschubbetrieb den Drehzahlsollwert as für die Regeleinrichtung 2. Die Regeleinrichtung 2 umfaßt zwei Drehzahlsollwertkanäle 10 und 11, von denen der Kanal 10 zur Vorschubregelung und der Kanal 11 für den Hauptspindelbetrieb vorgesehen ist.
Der im Kanal 10 vorgegebene Drehzahlsollwert n8 gelangt zusammen mit dem von der Tachometeriaschine 25 abgeleiteten Drehzahlistwert nist auf den Eingang ein PI-Drehzahlreglers 12, dessen Verstärkung und Nachstellzeit durch eine Adaptionsvorrichtung 14 drehzahlabhängig änderbar sind. Eine derartige Adaption ist beispielsweise im deutschen Patent 23 62 961 beschrieben. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 12 gelangt über eine einstellbare Strombegrenzung 13 und eine umstellbare Weiche 21 zum Steuersatz 19. Zur Steuerung der Strombegrenzung 13 ist ein Strombegrenzungsregler 15 vorgesehen, dem eingangsseitig der maximal zulässige Stromsollwert 1marx und der Stromistwert 1ist zugeführt wird und der ausgangsseitig ein entsprechendes Begrenzungssignal für die Strombegrenzung 13 liefert. Durch den Verzicht in diesem Vorschubkanal 10 auf einen Stromregler wird eine außerordentliche Schnelligkeit des Regelvorganges erreicht.
Zur vorzeichenrichtigen Ansteuerung einer für den Stromrichter 3 erforderlichen Kommando stufe 20 wird das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 12 über die umschaltbare Weiche 22 zur Kommandostufe 20 geführt.
Der zweite Kanal 11, der im Hauptspindelbetrieb des Motors 4 wirksam ist, besteht aus einem Hochlaufgeber 16, dem der Jeweils erforderliche Spindelsollwert n5 vorgegeben wird. Das Ausgangssignal des Hochlaufgebers 16 wird zusammen mit dem von der Tachometermaschine 25 abgeleiteten Drehzahlistwert nist einem Pl-Drehzahlregler 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal als Führungs- größe für den Stromregler 18 dient, dem als Istwert 1ist ein dem Strom des Motors 4 proportionales Signal zugeführt wird. Der Ausgang des Stromreglers 18 ist über die Weiche 21 wahlweise anstelle des Ausgangs des Strombegrenzungsgliedes 13 mit dem Steuersatz 19 verbindbar.
Ebenso ist die Kommando stufe 20 durch die Weiche 22 vom Ausgang des Drehzahlreglers 12 auf den Ausgang des Drehzahlreglers 17 umschaltbar. Zum Schalten der beiden Weichen 21 und 22 dient eine Umschaltlogik 23, die, wie durch den Schalter 24 angedeutet, von der numerischen Steuerung 1 aus gesteuert wird.
Durch den vorstehend betriebenen zweikanaligen Aufbau der Regelung ist es möglich, Je nach den Erfordernissen zwischen Vorschub und Spindelbetrieb umzuschalten und für Jeden dieser Betriebszustände die optimale Regeleinstellung zur Verfügung zu stellen.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentans#rüche 1. Regeleinrichtung für einen Gleichstrom-Hauptspindelantrieb an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere an einer Drehmaschine mit einem Revolverkopf für Dreh- und Fräswerkzeuge, an der der Steuersatz eines zur Speisung dienenden Umkehrstromrichters angeschlossen ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmalskombinationen: a) zwischen der numerischen Steuerung (1) der Werkzeugmaschine und dem Steuersatz (19) sind parallel zwei Regelkanäle (10, 11) vorgesehen, von denen der erste, im Hauptspindelbetrieb wirksame Kanal (11) aus der Reihenschaltung eines Hochlaufgebers (16), eines Drehzahlreglers (17) und eines Stromreglers (18) besteht und der zweite, im Vorschubbetrieb wirksame Kanal (10) aus einem Drehzahlregler (12) mit drehzahlabhängig änderbarer Verstärkung und Nachstellzeit und aus einer Strombegrenzung (13) besteht, b) durch ein Kommando der numerischen Steuerung (1) ist über eine Umschaltlogik (24) der Steuersatz (19) zwischen den Kanälen (10, 11) umschaltbar.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zusätzlich die dem Umkehrstromrichter (3) zugeordnete Kommandostufe (20) zwischen den Ausgängen der Drehzahlregler (12, 17) umschaltbar ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Strombegren zung (13) ein Strombegrenzungsregler (15) zugeordnet ist.