DE3701040C2 - - Google Patents

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DE3701040C2
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Toshiba Machine Co Ltd
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
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    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/33Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an analogue measuring device
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    • G05B19/351Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an analogue measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelpositioniervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Sie dient zum Positionieren beispielsweise der Spindel einer Werkzeugmaschine.
Die Spindel-Steuer- und Regelvorrichtungen für Werkzeugmaschinen besitzen üblicherweise hochentwickelte Steuer- und Regeleinrichtungen, die in jüngerer Zeit mehr und mehr rechnergestützt arbeiten. Allerdings leiden die bislang entwickelten Spindelsteuerungen an den im folgenden näher erläuterten Unzulänglichkeiten in Verbindung mit der Spindel-Positionierung, wenn es darum geht, eine Hochgeschwindigkeits- Positionierung durchzuführen, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms eine für eine Werkzeugmaschine ausgelegte Spindelpositioniervorrichtung mit Merkmalen, wie sie im Prinzip aus der DE-Z. "wt-Z. ind. Fertig." 75 (1985), Nr. 6, Seite 343 bekannt sind.
An einen Kontakt X1 eines Umschalters 2 wird ein Solldrehzahlsignal A1 gegeben, welches über einen gemeinsamen Kontakt X0 des Umschalters an einen Drehzahl-Regelprozessor 4 gelangt. Der Prozessor 4 verarbeitet das zugeführte Solldrehzahlsignal arithmetisch und erzeugt dadurch ein Solldrehmomentsignal B1, welches einem Vektor-Regelprozessor 6 zugeführt wird. In dem Vektor-Regelprozessor 6 erfolgen verschiedene Berechnungen, zum Beispiel eine Schlupf-Berechnung, eine Phasenumsetzung und dergleichen Berechnungen, die zum Regeln eines Spindelmotors 10 notwendig sind. Der Vektor-Regelprozessor 6 erzeugt Dreiphasen- Signale C1 bis C3, die an einen Dreiphasen-PWM-Sromregelverstärker 8 angelegt werden, welcher die Leistung der Dreiphasen-Signale C1 bis C3 verstärkt (PWM = Impulsbreitenmodulation). Die verstärkten Signale C1 bis C3 werden dann als Antriebsstrom D1 an den Spindelmotor 10 gegeben. Der Spindelmotor 10 ist axial mit einem Impulsgeber 12 gekoppelt, der abhängig von der Drehzahl des Spindelmotors 10 einen Impulszug QM erzeugt.
Die Drehzahl des Spindelmotors 10 wird von einem in einem Getriebekasten 14 untergebrachten (nicht gezeigten) Zahnräderwerk zum Drehen der Spindel 16 untersetzt. An die Spindel 16 ist über ein Getriebe 18 ein Stellungskodierer 20 gekoppelt, der abhängig von der Drehzahl der Spindel 16 ein Stellungssignal QF erzeugt. Der von dem Impulsgeber 12 kommende Impulszug QM wird von einem Phasendetektor 22 in ein dem Vektor-Regelprozessor 6 zugeführtes Phasensignal QMP umgesetzt. Außerdem wird der Impulszug QM einem Drehzahldetektor bzw. -geber 24 zugeführt, dessen Ausgangssignal QMV an den Drehzahl-Pegelprozessor 4 gegeben wird. Das Stellungssignal QF, welches die Form eines Impulszuges hat, wird an einen Stellungsdetektor oder -geber 26 gelegt, der es in Stellungsdaten QPF umsetzt, welche sowohl einer Nullpunkt-Einstellschaltung 28 als auch einem Subtrahierglied 30 zugeführt werden. Wenn der Nullpunkt für das Stellungsdatensignal QFP eingestellt wird, d. h., wenn die Ausgangsstellung des Stellungskodierers 20 bestätigt wird, liefert die Nullpunkt-Einstellschaltung 28 ein Rücksetzsignal RT an ein an den Ausgangsanschluß der Schaltung 28 angeschlossenes Flipflop (=FF) 32.
Das Flipflop 32 empfängt einen Spindel-Positionierbefehl S1, der auch an den Umschalter 2 gelegt wird. Ansprechend auf den Spindel-Positionierbefehl S1 verbindet der Umschalter 2 den gemeinsamen Kontakt X0 mit dem Kontakt X2, und legt das Flipflop 32 ein Setz-Ausgangssignal SS an einen Umschalter 34. In dem Umschalter 34 wird daraufhin ein gemeinsamer Kontakt Y0 an einen Kontakt Y1 gelegt, so daß ein "Langsam"-Signal S1 über die Umschalter 34 und 2 an den Drehzahl-Regelprozessor 4 gelangt. Der Subtrahierer 30 ermittelt die Differenz zwischen einem Sollstellungssignal PC1 und dem Stellungsdatensignal QFP und gibt ein Differenzsignal an einen Regelverstärker 36, der eine PI-(Proportional-Integral)Regelung vornimmt und ein Solldrehzahlsignal A0 erzeugt. Das Solldrehzahlsignal A0 wird dann auf den Kontakt Y2 des Umschalters 34 gegeben.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet wie folgt:
Die Spindelpositioniervorrichtung besitzt zwei Betriebsarten. Bei der einen Betriebsart handelt es sich um eine Drehzahl-(Geschwindigkeits-)Regelung, bei der der durch die Werkzeugmaschine vorgenommene Bearbeitungsvorgang mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt wird. Die andere Betriebsart ist die Stellungsregelung, bei der die Spindel 16 in eine spezifizierte Zielstellung gebracht wird. Bei der Drehzahlregelung ist der gemeinsame Kontakt X0 an den Kontakt X1 des Umschalters 2 geschaltet, und das Solldrehzahlsignal A1 sowie das die Drehzahl des Spindelmotors 10 angebende Istdrehzahl-Datensignal QMV von dem Drehzahlgeber 24 werden an den Drehzahl-Regelprozessor 4 gegeben. Der Drehzahl-Regelprozessor 4 berechnet die Differenz zwischen dem Solldrehzahlsignal A1 und dem Istdrehzahl-Datensignal QMV und legt ein für diese Differenz kennzeichnendes Drehmomentsignal B1 an den Vektor-Regelprozessor 6. Der Vektor- Regelprozessor 6 berechnet aus dem Phasendatensignal QMP abhängig von dem Drehmomentsignal B1 die Schlupf- und Stromvektor-Phase des Spindelmotors 10 und gibt Dreiphasen- Stromsignale C1 bis C3 an das Stromverstärker-Stell glied 8. Der Verstärker 8 verstärkt die Leistung der Drei­ phasen-Stromsignale C1 bis C3 und speist in den Spindelmotor 10 einen Antriebsstrom D1 ein. Das Drehmoment des Spindelmotors 10 wird über das Untersetzungs-Zahnräderwerk in dem Getriebekasten 14 auf die Spindel 16 übertragen, um diese mit der Solldrehzahl A1 zu drehen.
Wenn die Spindel 16 in dem vorstehend geschilderten Zustand positioniert werden soll, wird die Stellungsregelung oder Positionierbetriebsart ausgewählt, indem ein Haupt-Positionierbefehl S1 an das Flipflop 32 und den Umschalter 2 und außerdem das Sollstellungssignal PC1 an das Subtrahierglied 30 gelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird auch an den Umschalter 34 ein "Langsam"-Befehlssignal L1 gegeben. Der gemeinsame Kontakt Y0 ist an den Kontakt Y1 des Umschalters 34 gelegt, und der gemeinsame Kontakt X0 liegt an dem Kontakt X2 des Umschalters 2.
Bei der Stellungsregelung wird der Spindelmotor 10 zu Beginn entsprechend dem "Langsam"-Signal L1 bei niedriger Drehzahl soweit gedreht, bis die Ausgangsstellung des Stellungskodierers 20 festgestellt wird. Wird die Ausgangsstellung des Stellungskodierers 20 durch die Nullpunkt- Einstellschaltung 28 mit dem Signal RT bestätigt, gibt das Flipflop 32 ein Setzsignal SS an den Umschalter 34, um den gemeinsamen Kontakt Y0 mit dem Kontakt Y2 zu verbinden, woraufhin ein Solldrehzahlsignal A0 über die Umschalter 34 und 2 an den Drehzahl-Regelprozessor 4 gegeben wird. Wenn das Sollstellungssignal PC1 und das Stellungsdatensignal QFP, welches die Stellung der Spindel 16 angibt, miteinander übereinstimmt, wird der Spindelmotor 10 angehalten, wodurch die Positionierung der Spindel 16 beendet wird.
Bei der Spindelpositioniervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau gibt es eine relativ große, durch Totgang und Hysterese zwischen dem an den Spindelmotor 10 gekoppelten Impulsgeber 12 und dem an die Spindel 16 gekoppelten Stellungskodierer 20 verursachte Detektorzeitdifferenz. Da eine solche Detektorzeitdifferenz hier nicht kompensiert wird, ist die Positioniergenauigkeit gering. Die Haltekraft zum Halten der Spindel 16 in der festgelegten Lage relativ niedrig. Verwendet man als Stellungskodierer 20 einen Inkrementalkodierer, so wird, wenn die Vorrichtung von Drehzahlregelung auf Positionierbetrieb wechselt, der Positioniervorgang erst begonnen, nachdem die Spindel eine oder mehr Umdrehungen gemacht hat, damit die Ausgangsstellung des Inkrementalkodierers bestätigt wurde. Dies führt zu beträchtlichen Zeitverlusten. Diese Zeitverluste lassen sich zwar durch Verwendung eines Absolut-Kodierers als Stellungskodierer 20 verringern, allerdings sind solche Absolut-Kodierer ziemlich teuer.
Der DE-Z. "AEG-Mitteilungen" 54 (1964) 11/12, s. 678-681 kann allgemein entnommen werden, bei einer Lageregelung mit Gleichstromantrieben Drehmelder einzusetzen, wenn eine analoge Messung gewünscht ist.
Aus der DE-OS 33 06 557 ist eine Spindelpositioniervorrichtung bekannt, bei der ein mit der Spindel gekoppelter Winkelgeber ein Ausgangssignal an einen Lageregler gibt, der mit Hilfe von Widerständen so aufgebaut ist, daß seine Proportionalverstärkung abhängig von der Spindelposition variiert wird, derart, daß die Verstärkung in der Nähe der Zielstelle groß und weiter weg von der Zielstelle niedrig ist.
In der DE-OS 30 27 581 ist eine Einrichtung zum Positionieren eines drehzahlgeregelten Maschinenteils beschrieben, welches über ein Stufengetriebe angetrieben wird. Auf einen Positionierbefehl hin empfängt eine Drehzahlsteuerung ein Drehzahl-Sollsignal, welches abhängt vom Einstellzustand (Getriebestufe) des Getriebes, welcher auch die Pegelkreisverstärkung beeinflussen kann. Die Soll-Drehzahl ist so gewählt, daß ein vollständiges Abbremsen der Spindel innerhalb einer Spindelumdrehung möglich ist. Ist die Soll-Drehzahl erreicht, wird das Drehzahl-Sollsignal ersetzt durch ein Stellungssignal, so daß die Spindel angehalten wird, wenn ein Stellungsgeber das nächste Nulldurchgangssignal erzeugt.
Aus der DE-Z. "Brown Boveri Technik" 4-85, S. 199-204, ist das Problem einer zu langen Positionierzeit und einer mangelnden Positioniergenauigkeit bei mechanisch arbeitenden Lösungsvorschlägen bekannt. Erwähnt ist für eine elektronische Spindelpositionierung das Umschalten des Spindelantriebs vom drehzahlgeregelten auf lagegeregelten Betrieb, falls ein Positioniervorgang notwendig ist. Neben dem Drehzahlregler soll ein zusätzlicher Lageregler für den Spindelantrieb vorhanden sein. Ebenfalls ist in der genannten Druckschrift erwähnt, mit Hilfe eines Getriebestufen-Rechners automatisch den günstigsten Verstärkungsfaktor zu liefern, um die jeweilige Stellung des Getriebes zwischen Motor und Spindel zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spindelpositioniervorrichtung zu schaffen, die eine sehr genaue Positionierung der Spindel bei minimalen Zeitverlusten während des Positioniervorgangs und mit relativ großer Haltekraft in der Zielposition gestattet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.
Im folgenden wird eine Ausführungbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Spindelpositioniervorrichtung.
Nach Fig. 2 wird ein Sollgeschwindigkeitssignal, hier speziell ein Solldrehzahlsignal A1 durch eine Solldrehzahlsignal- Schnittstelle 50 umgesetzt in ein digitales Solldrehzahl-Datensignal A2, welches sich für die Weiterverarbeitung und die Regelung durch einen Rechner eignet. Das digitale Solldrehzahl-Datensignal A2 wird an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 52 gegeben. In der CPU 52 wird das von der Schnittstelle 50 kommende digitale Solldrehzahl-Datensignal A2 über einen Umschalter 54 einem Drehzahl-Regelprozessor 56 zugeführt, in welchem eine arithmetische Drehzahlverarbeitung erfolgt. Das Ausgangssignal des Prozessors 56 wird in einem Vektor-Regelprozessor 58 einer arithmetischen Vektor-Verarbeitung unterzogen. Der Vektor-Regelprozessor 58 erzeugt Dreiphasen- Stellsignale C1 bis C3, die von einem Dreiphasen-PWM- Stromverstärker 60 zum Antreiben eines Spindelmotors 62 verstärkt werden (PWM=Impulsbreitenmodulation).
Der Spindelmotor 62 ist an einen einen Drehmelder aufweisenden Absolut-Winkelgeber 64 gekoppelt. Eine von dem Spindelmotor 62 gedrehte Spindel 66 ist an einen einen Drehmelder aufweisenden Absolut-Stellungsgeber 68 gekoppelt. Von den Drehmeldern 64 bzw. 68 kommende Ausgangssignale RM und RF werden auf eine Rückkopplungs-Verarbeitungseinheit 70 gegeben, welche Phasendaten-Umsetzer 72 und 74 aufweist, die die Ausgangssignale RM bzw. RF digitalisieren.
Phasendifferenzsignale, die kennzeichnend sind für die Phasendifferenzen zwischen den Erregungssignalen für die Drehmelder 64 und 68 einerseits und Signalen an deren Sekundärseiten andererseits, werden von den Phasendaten- Umsetzern 72 und 74 in entsprechende digitale Signale umgesetzt, die ihrerseits als Phasendatensignal PM bzw. Phasendatensignal PF ausgegeben werden. Das Phasendatensignal PM und das Phasendatensignal PF werden der CPU 52 zugeführt, in der das Phasendatensignal PM einem Hybrid- Stellungs-Regelprozessor 76, dem Drehzahl-Regelprozessor 56 und dem Vektor-Regelprozessor 58 zugeführt wird, während das Phasendatensignal PF lediglich dem Hybrid-Stellungs- Regelprozessor 76 zugeführt wird.
Ein Spindel-Positionierbefehlssignal S1 und ein Sollstellungssignal PC1 werden der CPU 52 zugeführt, in der die Signale zuerst dem Hybrid-Stellungs-Regelprozessors 76 zugeleitet werden. In dem Hybrid-Prozessor 76 wird das Positionierbefehlssignal S1 einer Sollstellungssignal- Schnittstelle 98 zugeführt, die das Signal S1 in ein Sollstellungs- Datensignal S2 mit vorbestimmter Signalform umsetzt. Dieses Sollstellungs-Datensignal wird dann an den Umschalter 54 gelegt. Das Sollstellungs-Datensignal dient zum Trennen eines gemeinsamen Kontakts des Umschalters 54 von einem Kontakt Z1, der mit der Solldrehzahlsignal- Schnittstelle 50 in Verbindung steht. Stattdessen wird der gemeinsame Kontakt mit einem Kontakt Z2 verbunden. Das Sollstellungssignal PC1 wird von einer Sollstellungssignal- Schnittstelle 80 in ein Sollstellungs-Datensignal PC2 umgesetzt, welches einem Stellungsfehler-Prozessor 84 zugeleitet wird.
Die Phasendaten PM und PF werden jeweils von einem Phasen-Stellungs- Umsetzer 86 bzw. 88 in Stellungsdaten PM1 bzw. Stellungsdaten PF1 umgesetzt, welche Stellungsfehler- Prozessoren 90 bzw. 84 zugeführt werden. Das Stellungsdatensignal PF1 und das Sollstellungs-Datensignal PC2 werden in dem Stellungsfehlen-Prozessor 84 verarbeitet, wodurch ein Stellungsfehler-Datenwert PP1 erhalten wird, der an eine Übersetzungs-Korrektureinrichtung 94 gelegt wird, in der der Stellungsfehler-Datenwert PP1 mit einem Übersetzungswert K eines in einem Getriebekasten 92 untergebrachten Zahnräderwerks zwischen dem Spindelmotor 62 und der Spindel 66 verknüpft wird. Der Übersetzungswert K wird hier als Parameter verwendet. Die Übersetzungs-Korrektureinrichtung 94 gibt einen Stellungs-Korrekturdatenwert PP2 an den Stellungsfehler-Prozessor 90, in welchem bezüglich des Stellungs-Datensignals PM1 ein Fehler berechnet wird. Dann wird ein Stellungsfehler-Korrekturdatenwert PP3 von dem Stellungsfehler-Prozessor 90 an einen Solldrehzahlsignal- Umsetzer 96 gegeben, der den Stellungsfehler-Korrekturdatenwert PP3 umsetzt in ein Solldrehzahlsignal AF, welches dem Umschalter 54 zugeführt wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Spindelpositioniervorrichtung arbeitet wir folgt:
Es gibt drei Betriebsarten. Die erste Betriebsart ist die Geschwindigkeits- oder Drehzahlregelung, bei der die Spindel 66 so angetrieben wird, daß sie sich mit einer spezifischen konstanten Geschwindigkeit dreht. Die zweite Betriebsart ist eine Positionierbetriebsart, bei der die Spindel 66 in eine spezielle Zielstellung gebracht wird. Die dritte Betriebsart ist eine Stellungshalte- Betriebsart, bei der die Spindel 66 in der Zielstellung gehalten wird.
Bei der Drehzahlregelung wählt der Umschalter 54 den Kontakt Z1 aus, und das Solldrehzahlsignal A1 sowie das Phasendatensignal PM, welches kennzeichnend ist für die Phase des Spindelmotors 62, werden dem Drehzahl-Regelprozessor 56 zugeführt, um für den Spindelmotor 62 als Regelstrecke eine Drehzahlregelung mit geschlossenem Regelkreis und arithmetischen Regelung durchzuführen. Als Ergebnis der arithmetischen Berechnungen legt der Drehzahl-Regelprozessor 56 an den Vektor-Regelprozessor 58 ein Drehmomentsignal BB1, so daß der Vektor-Regelprozessor 58 den Schlupf- und Stromvektor des Spindelmotors 62 aus dem Phasendatensignal PM nach Maßgabe des Soll-Drehmomentsignals BB1 berechnet und Dreiphasen-Strom-Stellsignale C1 bis C3 ausgibt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden die Dreiphasen-Strom- Stellsignale C1 bis C3 dem Dreiphasen-PWM-Verstärker 60 zugeführt, der die ihm zugeführten Signale verstärkt und in den Spindelmotor 62 einen Antriebsstrom D1 einspeist. Der Spindelmotor 62 wird nun nach Maßgabe des Solldrehzahlsignals A1 mit einer konstanten Drehzahl gedreht. Wenn der Spindelmotor 62 mit konstanter Drehzahl zu drehen beginnt, wird die Drehzahl des Spindelmotors 62 entsprechend dem Übersetzungswert K des in dem Getriebekasten 92 befindlichen Getriebes untersetzt, und die Hauptwelle bzw. Spindel 66 wird mit konstanter, reduzierter Drehzahl gedreht.
Soll die Spindel 66 positioniert werden, wird die Positionierbetriebsart ausgewählt, indem das Spindel-Positioniersignal S1 und das Sollstellungssignal PC1 an den Hybrid-Stellungs-Regelprozessor 76 gegeben werden. Der Umschalter 54 wählt nun den Kontakt Z2 aus. Der Stellungsfehler- Prozessor 84 berechnet einen Stellungsfehler (Abweichung) des Stellungsdatenwerts PF1 bezüglich des Sollstellungssignals PC1. Der von dem Stellungsfehler-Prozessor 84 erzeugte Stellungsfehler-Datenwert PP1 wird in der Übersetzungs-Korrektureinrichtung 84 dazu herangezogen, eine Zielstellung für den Spindelmotor 62 zu berechnen, indem von dem Übersetzungsverhältnis K des in dem Getriebekasten 92 befindlichen Zahnräderwerks Gebrauch gemacht wird. Die so berechnete Zielstellung wird als Stellungs-Korrekturdatenwert PP2 an den Stellungsfehler Prozessor 90 gegeben, in welchem ein Stellungsfehler zwischen der Zielstellung und dem Stellungsdatenwert PM1 berechnet wird, um einen Stellungsfehler-Korrekturdatenwert PP3 zu erhalten. Dieser Stellungsfehler-Korrekturdatenwert PP3 wird in einen Solldrehzahl-Datenwert AF umgesetzt und an den Drehzahl-Regelprozessor 56 gegeben.
In dem Drehzahl-Regelprozessor 56 erfolgen eine PI-Regelung und andere arithmetische Operationen zwecks Ausgabe eines Soll-Drehmomentsignals BB1. Auf diese Weise wird wie im Drehzahlregelbetrieb der Spindelmotor 62 so geregelt, daß die Spindel 66 entsprechend dem Sollstellungssignal PC1 in die gewünschte Stellung gebracht wird. In anderen Worten: ein durch Signalgeber verursachter Zeitfehler auf Grund von Totgang und Bewegungsverlust in dem Zahnräderwerk innerhalb des Getriebekastens 92 wird für die Stellungsregelung der Spindel 66 vollständig korrigiert.
Ist die Spindel 66 einmal bezüglich des Sollstellungs-Signals PC1 eingestellt, wird die Stellungs-Halte-Betriebsart ausgewählt. In dieser Stellungs-Halte-Betriebsart erfolgt die Stellungsregelung, während die Stellungsdaten PM1, die beim Positionieren des Spindelmotors 62 abschließend gebildet worden sind, als Positionier-Ziel verwendet werden. Genauer gesagt: Der Stellungsfehler-Datenwert PP2 bei beendeter Positionierung wird als Zielwert festgehalten, so daß auch dann, wenn die Spindel 66 externen Kräften ausgesetzt wird, die sie zu bewegen trachten, die Spindel durch auf den Spindelmotor 62 einwirkende Reaktionskräfte in der Sollstellung gehalten wird.
Die Stellungs-Halte-Betriebsart wird entweder durch Ausgabe eines Spindel-Positionierbefehls oder durch Betriebsartänderung aufgehoben. Die Drehmelder 64 und 68 können direkt an den Spindelmotor 62 bzw. an die Spindel 66 gekoppelt sein, sie können aber auch eingebaut sein.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Spindel mit Hilfe eines Hybrid-Systems zu positionieren, wobei man das Übersetzungsverhältnis, eine Hysterese und den Totgang des Getriebes in dem Getriebekasten berücksichtigt, so daß die Spindel sehr genau positioniert werden kann und die Kraft zum Halten der Spindel in der Sollstellung relativ groß ist. Außerdem ist es möglich, den Aufbau in dem Getriebekasten zu vereinfachen oder das Getriebe innerhalb des Getriebekastens mit einem hohen Maß an Entwurfsfreiheit auszulegen. Die Einsatzmöglichkeiten der Werkzeugmaschine bei der komplexen Bearbeitung eines Werkstücks, beispielsweise bei Bohrungen, wird erhöht. Da zu allen Zeiten die Absolut-Stellung der Spindel erfaßt wird, ergeben sich in vorteilhafter Weise keine Zeitverluste beim Umschalten in die Positionierbetriebsart, so daß die Gesamtbearbeitungszeit für ein Werkstück verkürzt und der Regelvorgang der Maschine vereinfacht ist.

Claims (2)

1. Spindelpositioniervorrichtung, umfassend
  • - einen Absolutwinkelgeber (64), der an einen Spindelmotor (62) gekoppelt ist;
  • - eine von dem Spindelmotor (62) antreibbare Spindel (66);
  • - einen an die Spindel gekoppelten Absolut-Stellungsgeber (68); und
  • - eine Stellungs-Regelprozessoreinrichtung (52), die aus den von dem Absolut-Winkelgeber (64) und dem Absolut-Stellungsgeber (68) abgegebenen Signalen und einem Sollstellungssignal ein Stellungsfehlersignal ableitet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Absolut-Winkelgeber einen ersten Drehmelder (64) und der Absolut-Stellungsgeber einen zweiten Drehmelder (68) aufweist, daß eine Rückkopplungs-Verarbeitungseinheit (70) vorgesehen ist, die einen ersten und einen zweiten Phasendaten-Umsetzer (72; 74) aufweist, welche an Ausgänge des ersten bzw. des zweiten Drehmelders (64; 68) angeschlossen sind, um Analog-Ausgangssignale des ersten und des zweiten Drehmelders in entsprechende Digitalsignale umzusetzen, die an die Stellungs-Regelprozessoreinrichtung (52) gelegt werden, wobei die Stellungs- Regelprozessoreinrichtung (52) einen ersten Stellungsfehler- Prozessor (84) zum Ableiten eines Stellungsfehlers der Spindel aus einem Spindel-Sollstellungssignal (PC1) und dem Ausgangssignal (PF1) des Absolut-Stellungsgebers (68) entsprechenden Spindel-Iststellungssignal (PF1) und einen zweiten Stellungsfehler- Prozessor (90) zum Ableiten einer Stellungs-Abweichung zwischen dem Spindelmotor (62) und der Spindel (66) aus einem dem Ausgangssignal (RM) des Absolut-Winkelgebers (64) entsprechenden Motor-Iststellungssignal (PM1) und einem Ausgangssignal (PP1) des ersten Stellungsfehler- Prozessors (84) aufweist und wobei die Stellungs-Regel­ prozessoreinrichtung (52) außerdem einen zwischen den ersten und den zweiten Stellungsfehler-Prozessor (84; 90) geschalteten Übersetzungs-Korrektor (94) enthält, der das Ausgangssignal (PP1) des ersten Stellungsfehler- Prozessors (84) mit einem zu dem Übersetzungsverhältnis eines zwischen dem Spindelmotor (62) und der Spindel (66) liegenden Zahnräderwerks (92) in Beziehung stehenden Koeffizienten (K) zu einem Eingangssignal (PP2) für den zweiten Stellungsfehler-Prozessor (90) korrigiert.
DE19873701040 1986-01-17 1987-01-15 Spindelpositioniervorrichtung Granted DE3701040A1 (de)

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