DE4208701A1 - METHOD FOR OPERATING A CNC MACHINE AND CNC MACHINE - Google Patents
METHOD FOR OPERATING A CNC MACHINE AND CNC MACHINEInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer CNC- Maschine sowie eine CNC-Maschine nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1 bzw. 8.The invention relates to a method for operating a CNC Machine as well as a CNC machine according to the generic term of Pa claim 1 or 8.
Bei derartigen Maschinen ist der Reitstock üblicherweise mit einer hydraulisch verfahrbaren Pinole versehen, um nach dem Anfahren eines Werkstückes einen vorbestimmten Haltedruck aufzubringen. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird es nun als nachteilig angesehen, daß zum einen der Bauaufwand rela tiv hoch ist, zum anderen die Einstellung der Haltekraft nur relativ inflexibel verfolgen kann, wobei insbesondere eine Anpassung an sich ändernde Betriebsverhältnisse nur mit großem Aufwand erzielbar ist. In such machines, the tailstock is usually included provided with a hydraulically movable quill to move according to the Approaching a workpiece at a predetermined holding pressure to apply. In these known devices, it is now considered disadvantageous that, on the one hand, the construction work rela tiv is high, on the other hand only the setting of the holding force can track relatively inflexible, in particular one Adaptation to changing operating conditions only with great effort can be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend wei terzubilden, daß mit geringem Aufwand ein exaktes Halten des Werktstückes erzielbar ist.The invention is based on the object of a method or a device of the type mentioned knows terzubilden that with little effort an exact holding of Workpiece is achievable.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Kennzei chen des Anspruches 8 angegebenen Merkmale gelöst.This task is procedurally by the in the indicator of claim 1 and device-wise by the in Kennzei Chen of claim 8 specified features solved.
Gemäß der vorliegenden Erfindung muß also der Reitstock keine Pinole mehr aufweisen, die durch gesonderte Betriebsmittel auf eine vorbestimmte Haltekraft verfahren wird. Dies wird vielmehr durch den (an sich nur) zum Verfahren bzw. Einstel len des Reitstockes vorgesehenen Elektromotor bewerkstelligt.According to the present invention, the tailstock does not have to Quill have more by separate equipment is moved to a predetermined holding force. this will rather through the (per se) procedure or setting len provided the tailstock provided electric motor.
Wenn das Spannwerkzeug eine Spitze umfaßt, so ist die Halte kraft ein "Anpreßdruck". Wenn das Spannwerkzeug aber eine Ge genspindel ist, so kann die Haltekraft auch eine Zugkraft sein, was insbesondere beim Abstechen von Werkstücken von Be deutung ist.If the clamping tool comprises a tip, then the holding is by force a "contact pressure". If the clamping tool is a Ge is spindle, the holding force can also be a tensile force be what especially when parting off workpieces from Be interpretation is.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird beim Spannen eines Werkstückes, das bereits in der Hauptspindel aufgenommen ist, ein Positionsgrenzwert für das Spannwerkzeug vorgegeben, bei welchem dessen werkstücknächstes Teil - z. B. die Körner spitze - "innerhalb" des Werkstückes liegt. Diese Position wird nun angefahren. Wenn die Körnerspitze auf das Werkstück auftrifft, so steigt die vom Elektromotor, der den Reitstock verfährt, erzeugte Kraft bzw. dessen Drehmoment. Dieses Dreh moment wird nun ständig überwacht und auf einen Maximalwert begrenzt, der so berechnet ist, daß er zur Erzeugung einer gewünschten Haltekraft zwischen Spannwerkzeug und Werkstück geeignet ist. According to the present invention, when clamping a Workpiece that is already held in the main spindle, a position limit for the clamping tool is given at which of its workpiece next part - e.g. B. the grains tip - lies "within" the workpiece. This position is now started. If the center of the grain on the workpiece strikes, so rises from the electric motor holding the tailstock moves, generated force or its torque. That spin moment is now constantly monitored and to a maximum value limited, which is calculated so that it generates a desired holding force between clamping tool and workpiece suitable is.
Beim Anfahren des Werkstückes ist es von Vorteil, einen in Spannrichtung gesehen vor dem Positionsgrenzwert liegenden Vor-Grenzwert vorzugeben, bei welchem das werkstücknächste Teil vor diesem liegt. Bei Erreichen dieser Position besteht also noch kein Kontakt zwischen dem Spannwerkzeug und dem Werkstück. Bei Erreichen dieser Position wird nun vorteilhaf terweise selbständig von einem SPS-Betrieb des Elektromotors (über dessen eigenen Regelkreis) auf einen CNC-Betrieb umge schaltet, bei welchem also die Bewegungsregelung des Reit stockes durch die Haupt-Steuerung erfolgt. Dadurch ist ein verkürzen der Zykluszeiten möglich, so daß mit relativ hoher Geschwindigkeit zu der Position weitergefahren werden kann, bei welcher die angestrebte Haltekraft vorliegt.When starting the workpiece, it is advantageous to put one in Clamping direction seen before the position limit Specify the pre-limit value at which the next workpiece Part before this. When this position is reached so no contact between the clamping tool and the Workpiece. When this position is reached, it is advantageous independently of a PLC operation of the electric motor (via its own control loop) to a CNC operation switches, in which the movement control of the riding stockes is done by the main controller. This is a shorten the cycle times possible, so that with relatively high Speed can be advanced to the position at which the desired holding force is present.
Wenn man bei Erreichen einer ersten, vom Elektromotor erzeug ten Kraft, die unterhalb der gewünschten Haltekraft liegt, die momentane Position des Spannwerkzeuges ermittelt, so kann man den Reitstock selbst als "Taster" verwenden, über den die korrekte Position bzw. Anwesenheit eines Werkstückes über prüfbar ist. Von diesem Punkt an verfährt man vorzugsweise das Spannwerkzeug so lange weiter, bis die gewünschte Halte kraft erreicht ist. Dies kann wieder unter CNC-Steuerung, ggf. auch in einem "Schleichgang" erfolgen, da der nun zu rückzulegende Restweg nur noch gering ist.When one reaches the first, generated by the electric motor force below the desired holding force the current position of the clamping tool can be determined you use the tailstock itself as a "button", via which the correct position or presence of a workpiece is testable. From this point on, the procedure is preferred the clamping tool until the desired stop force is reached. Again this can be done under CNC control, if necessary also in a "creep speed", because the now too distance to be covered is only small.
Beim Laden einer Stange, die durch die Hauptspindel hindurch eingeführt wird, verfährt man vorzugsweise den Reitstock so weit auf die Hauptspindel zu, daß das Spannwerkzeug mit sei nem werkstücknächsten Teil näher an der Hauptspindel liegt, als dies während der eigentlichen Bearbeitung der Fall sein soll. Wenn dann die Stange gegen das Spannwerkzeug, also die Spitze oder eine entsprechende Anschlagfläche eines Spannfut ters (wenn der Reitstock mit einer Gegenspindel ausgestattet ist) anschlägt, so steigt die Kraft (bzw. das Drehmoment) die vom Elektromotor zum Halten des Reitstockes in seiner Posi tion aufgebracht werden muß. Bei Überschreiten einer ersten, vorbestimmten Kraft wird nun der Reitstock unter Nachschieben der Stange zurückgefahren und zwar derart, daß zwischen Spannwerkzeug und Werkstückvorderfläche eine definierte Kraft erhalten bleibt. Dadurch ist ein definierter Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Spannwerkzeug sichergestellt. Gleich zeitig wird die Position des Reitstockes bzw. des mit diesem verbundenen Spannwerkzeuges überwacht. Sobald nun das Werk stück in seiner Bearbeitungsposition ankommt, wird es vom Futter der Hauptspindel festgespannt. Nun verfährt man den Reitstock so, daß die gewünschte Haltekraft, die höher ist als die beim Einschieben der Stange vom Reitstock aufge brachte Kraft ist, erreicht wird. Wie oben erwähnt, ist diese Haltekraft eine Druck-Kraft bei Spitzenlagerung und ggf. eine Zug-Kraft bei Verwendung einer Gegenspindel als Spannwerk zeug. Im letzeren Fall wirkt beim Abstechen auf das Werkstück eine Zug-Kraft. Sobald das Werkstück dann abgestochen ist, sinkt diese Zug-Kraft abrupt ab, so daß man die Beendigung des Abstechvorgangs automatisch feststellen kann. Hierzu ist es möglich, entweder festzustellen, wann die Haltekraft um einen vorbestimmten Betrag abgefallen ist oder einen vorbe stimmten (niedrigeren) Betrag unterschritten hat, oder aber der Reitstock eine vorbestimmte Positionsgrenze erreicht bzw. überschritten hat.When loading a rod through the main spindle is introduced, the tailstock is preferably operated in this way far towards the main spindle that the clamping tool is with the part closest to the workpiece is closer to the main spindle, than be the case during the actual editing should. Then when the rod against the clamping tool, i.e. the Tip or a corresponding stop surface of a chuck ters (if the tailstock is equipped with a counter spindle is), the force (or torque) increases from the electric motor to hold the tailstock in its posi tion must be applied. If a first is exceeded, The tailstock is now predetermined force under pushing retracted the rod in such a way that between Clamping tool and workpiece front surface have a defined force preserved. This creates a defined contact between the workpiece and the clamping tool. Soon the position of the tailstock or with it is timely connected clamping tool is monitored. As soon as the plant piece arrives in its processing position, it will be Main spindle chuck tightened. Now you do that Tailstock so that the desired holding force is higher than that when inserting the rod from the tailstock brought strength is achieved. As mentioned above, this is Holding force is a compressive force in the case of tip bearings and possibly one Tractive force when using a counter spindle as a tensioning device stuff. In the latter case, the workpiece acts on parting off a pulling force. As soon as the workpiece is cut off, this pulling force drops abruptly, so that one ends of the parting off process can determine automatically. This is it is possible to either determine when the holding force is around a predetermined amount has dropped or passed has fallen below (lower) amount, or else the tailstock reaches a predetermined position limit or has exceeded.
Die vorgenannten Maßnahmen lassen sich mit Vorteil auch dann anwenden, wenn die Gegenspindel als Werkstückhandhabungsgerät dient, da die Anlage des Werkstückes an einer Anschlagfläche im Futter der Gegenspindel durch die Überwachung des Elektro motoren-Drehmomentes festgestellt werden kann.The aforementioned measures can also be used advantageously use when the counter spindle as a workpiece handling device serves because the workpiece is in contact with a stop surface in the chuck of the counter spindle by monitoring the electro motor torque can be determined.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt weiterhin darin, daß die Haltekraft des Spannwerkzeuges dem jeweiligen Bearbei tungsvorgang bzw. Bearbeitungszustand des Werkstückes anpaß bar ist. So kann beispielsweise die Andruck-Kraft einer Zen trierspitze beim Abdrehen eines zylindrischen Werkstückes dem sinkenden Durchmesser entsprechend (kontinuierlich) verrin gert werden, um Verformungen des Werkstückes durch eine zu große Haltekraft entgegenzuwirken. Andererseits kann - so lange das Werkstück noch seinen vollen Durchmesser besitzt - mit einer Haltekraft gearbeitet werden, die groß genug ist, um eine sichere und schwingungsfreie Bearbeitung zu gewähr leisten. Man kann auch beispielsweise die Haltekraft in Über einstimmung mit der auf ein Schneidwerkzeug wirkenden Kraft (die berechnet oder gemessen werden kann) einstellen, um ein möglichst schonendes aber dennoch sicheres Spannen des Werk stückes zu gewährleisten.A particular advantage of the method according to the invention or the device of the invention is further in that the holding force of the clamping tool to the respective machining Adjustment process or processing status of the workpiece is cash. For example, the pressure of a Zen trier tip when turning off a cylindrical workpiece decreasing diameter accordingly (continuously) be deformed to prevent deformation of the workpiece counteracting large holding force. On the other hand - so as long as the workpiece has its full diameter - work with a holding force that is large enough to ensure safe and vibration-free processing Afford. You can also, for example, the holding force in over in tune with the force acting on a cutting tool (which can be calculated or measured) set to a tensioning the work as gently but as safely as possible to ensure piece.
Die Haltekraft, also die Kraft zwischen Spannwerkzeug und Werkstück in Richtung der Drehachse einer Drehmaschine kann man durch einen gesonderten Meßfühler messen. Besonders ein fach und darum auch gemäß der vorliegenden Erfindung bevor zugt ist jedoch die Messung des Stromes, mit welchem der Elektromotor angesteuert wird. Dieser Strom ist im wesentli chen proportional dem Drehmoment, das vom Elektromotor aufge bracht wird, und damit im Wesentlichen proportional der Kraft, welche den Reitstock in die eine oder andere Richtung zu bewegen sucht. Genauere Werte erreicht man, wenn man eine Drehmoment-Kennlinie des Motors speichert und entsprechend den vorliegenden Betriebsparametern (Drehzahl, Strom, usw.) ausliest und hieraus die Haltekraft herleitet. Hierbei kann die in einer CNC-Maschine ohnehin vorhandene Hardware verwen det werden, man braucht also keine zusätzlichen Einrichtun gen. Die Programmierung ist unter anderem auch deshalb beson ders einfach, weil der Reitstock als echte CNC-Achse arbei tet, die mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit positio nierbar ist. The holding force, i.e. the force between the clamping tool and Workpiece in the direction of the axis of rotation of a lathe can measure with a separate sensor. Especially one fold and therefore before according to the present invention However, the measurement of the current with which the Electric motor is controlled. This stream is essentially Chen proportional to the torque applied by the electric motor is brought, and thus essentially proportional to the Force the tailstock in one direction or another seeks to move. You can get more precise values if you have one Torque characteristic of the motor stores and accordingly the existing operating parameters (speed, current, etc.) reads and derives the holding force from this. Here can use the existing hardware in a CNC machine det, so there is no need for additional facilities This is one of the reasons why programming is special simply because the tailstock works as a real CNC axis tet that positio with high accuracy and speed nable.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel erläutert und zwar anhand der Zeichnung, welche - in schematisierter Darstellung - die wesentlichen Teile einer CNC-Drehmaschine zeigt.An exemplary embodiment is explained below based on the drawing, which - in a schematic representation - shows the essential parts of a CNC lathe.
Aus der Abbildung geht hervor daß die Maschine eine Haupt spindel 17 mit Spannfutter aufweist in der ein Werkstück 11 festsetzbar ist. Ein Reitstock 20 ist vorgesehen, der über eine Spindel 19 verfahrbar ist, so daß eine Zentrierspitze 18 zum Spannen des Werkstückes 11 auf dieses aufsetzbar ist.From the figure it can be seen that the machine has a main spindle 17 with a chuck in which a workpiece 11 can be fixed. A tailstock 20 is provided which can be moved via a spindle 19 , so that a centering tip 18 for clamping the workpiece 11 can be placed thereon.
Die Spindel 19 wird über einen Elektromotor 12 mit ggf. zu sätzlich vorgesehenem Getriebe angetrieben. Die Position des Reitstockes 20 bzw. der Spitze 18 wird über einen Drehmelder 14 an der Spindel 19 abgegriffen und einer CNC-Steuerung 20 durchgeführt. Diese ist über eine Tastatur 16 programmierbar und steht außerdem mit einem Datensichtgerät 15 in Verbin dung.The spindle 19 is driven by an electric motor 12 with a possibly additionally provided gear. The position of the tailstock 20 or the tip 18 is tapped via a resolver 14 on the spindle 19 and carried out by a CNC controller 20 . This is programmable via a keyboard 16 and is also connected to a data display device 15 .
Die Steuerung 20 steuert über einen Leistungsverstärker 13 den Elektromotor 12 an. Der Ausgangsstrom des Verstärkers 13 wird über einen Strommeßfühler 10 abgegriffen und der Steue rung 20 zugeführt, so daß dieser ständig nicht nur die Posi tion (aus dem Drehmelder 14) des Reitstockes 20, sondern auch die Kraft zwischen der Spitze 18 und dem Werkstück 11 bekannt ist, so daß mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren durchführ bar ist.The controller 20 controls the electric motor 12 via a power amplifier 13 . The output current of the amplifier 13 is tapped via a current sensor 10 and fed to the control 20 , so that this is not only the position (from the resolver 14 ) of the tailstock 20 , but also the force between the tip 18 and the workpiece 11 is known is, so that the method according to the invention can be carried out with it.
Es sei hier noch angemerkt, daß der Verstärker 13 und der Strommeßfühler 10 in einer SPS-Steuerung für den Elektromotor 12 vorgesehen sein können, so daß keine zusätzliche "Hard ware" gegenüber einer herkömmlichen CNC-Maschine notwendig ist.It should also be noted here that the amplifier 13 and the current sensor 10 can be provided in a PLC control for the electric motor 12 , so that no additional "hardware" is necessary compared to a conventional CNC machine.
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8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |