DE68913401T2

DE68913401T2 - Werkstückspindel-Steuereinheit und Steuerverfahren.

Info

Publication number: DE68913401T2
Application number: DE68913401T
Authority: DE
Inventors: Sumiaki Inami; Toshiyuki Muraki
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-09-09
Also published as: EP0358531A3; EP0358531A2; EP0358531B1; KR900004454A; US5107730A; KR970011786B1; DE68913401D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkstückspindel- Steuereinheit und ein Steuerverfahren für die Anwendung auf eine Werkstückspindel, die in der Lage ist, ein aufgespanntes Werkstück unter Steuerung der C-Achse zu bearbeiten, wie beispielsweise in der EP-A-O 135 754, als dem am nächsten kommenden Stand der Technik, beschrieben ist.
Es ist heute bekannt, daß eine Werkstückspindel mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit bei C-Achsen-Steuerung in der Weise indexiert werden kann, daß eine Werkstückspindel mit einem Werkstückspindelmotor direkt verbunden ist und eine Werkstückspindel in einer für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine, die Dreharbeiten und Bearbeitungen mit gesteuerter C-Achse ausführen kann, von einem Werkstückspindelmotor direkt drehangetrieben und betätigt wird.
Bei einer solchen Werkzeugmaschine wird häufig ein Verfahren zur Durchführung von Bearbeitungen angewandt, bei dem beim Fräsen u.dgl. eine Werkstückspindel in einer vorbestimmten Winkelstellung auf der C-Achse entsprechend einer C-Achsen- Steuerung stillgesetzt wird. In diesem Falle wird eine Werkstückspindel unter Verwendung einer Klemmvorrichtung stillgesetzt, die eine in einer Werkstückspindel eingebaute Bremse u.dgl. aufweist. Dabei wird eine Werkstückspindel aus einer anfänglich angefahrenen Winkelstellung durch ungleichmäßiges Anlegen von Bremsreibbelägen beim Klemmen aufgrund der Montagegenauigkeit einer Klemmeinheit weitergedreht. Dies bedeutet eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit. Beim Klemmen durch eine Klemmeinheit fließt, wenn ein Spindelantriebsmotor, d.h. eine Werkstückspindel geklemmt wird, bei Betätigung einer Positionierschleife in einer Servosteuerung, übermäßiger Strom in einem Motor, um den Servopositionierfehler auszugleichen, und ein Motor läuft warm. Dieses Verfahren ist abzulehnen. Es ist eine Steuerung durch Abschalten einer Servoeinrichtung während des Klemmens denkbar, um ein solches Vorkommnis zu verhindern. Wenn eine Servoeinrichtung ausgeschaltet ist, ist es unmöglich, auf eine richtige C-Achsen- Position zurückzukehren, ohne daß beim Lösen der Klemmung zur Ausgangsstellung zurückgefahren wird. Ferner wird auch ein solches Verfahren verwendet, bei dem nur ein Drehsignal von einem Drehbewegungsdetektor nach dem Klemmen eines Motors festgestellt wird und die dem Drehsignal entsprechende Steuerung nicht während des Klemmens, sondern nach dem Lösen der Klemmung eines Motors ausgeführt wird. Dieses Steuerverfahren benötigt komplexe Steuerungsprozeduren, z.B. das Umschalten einer Servoeinrichtung zwischen EIN und AUS, das Verfolgen eines Drehsignals. Es ist daher ungeeignet.
Die DE-U-6917979 beschreibt eine Anzahl Arten von Stillsetzeinrichtungen für einen kontrollierten Halt der Spindel und einer Werkzeugmaschine. Zu den beschriebenen verschiedenen Einrichtungen gehören eine Anordnung, bei der ein Zusatzmotor mittels eines Schwenktriebs auf den äußeren Teil einer Lamellenkupplung einwirkt; die Verwendung einer Betätigungsvorrichtung mit einer verschiebbaren Muffe zum Eingreifen in die Führungsnut einer Schaltmuffe, die auf einer Drehspindel angeordnet ist; die Verwendung von Antriebskupplungen und Bremsen, die auf einer Spindel angeordnet sind; und eine unter Druck betriebene Reibungskupplung. Jedes dieser Systeme kann in der Anwendung kompliziert und teuer sein, und keines von ihnen dient dazu, den übermäßigen Stromfluß im Spindelantriebsmotor herabzusetzen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkstückspindel-Steuereinheit, die in einer genauen Winkelstellung zu klemmen vermag, und ihr Steuerverfahren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkstückspindel-Steuereinheit und ihres Steuerverfahrens, bei denen eine Rückkehrbewegung in die Ausgangsposition beim Lösen der Klemmung eines Spindelantriebsmotors unnötig ist und komplexe Steuerungsprozeduren, z.B. das EIN- und AUS-Schalten einer Servoeinrichtung, ebenfalls überflüssig sind.
Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung ist eine Werkstückspindel-Steuereinheit geschaffen mit
- einer Werkstückspindel,
- einem Werkstückspindelmotor von normalem Nennbetriebsdrehmoment, der zum Antreiben der genannten Werkstückspindel mit der genannten Werkstückspindel direkt verbunden ist,
- einer Drehwinkeldetektoreinrichtung zum Feststellen des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel,
- einer Servosteuereinrichtung zum Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel durch Steuern des genannten Werkstückspindelmotors in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung, und
- einer Klemmvorrichtung zum Klemmen der genannten Werkstückspindel in einem Haltzustand oder zum Drehen der genannten Werkstückspindel unter Reibschluß mit Winkelkontrolle durch Anlegen an die genannte Werkstückspindel, wobei die genannte Steuereinrichtung umfaßt:
- eine Befehlseinrichtung zum Anweisen der genannten Servosteuereinrichtung, zur Steuerung der Drehung der genannten Werkstückspindel das Drehmoment des genannten Werkstückspindelmotors unter das genannte normale Nennbetriebsdrehmoment herabzusetzen, während die genannte Klemmvorrichtung an der genannten Werkstückspindel mit Klemmung anliegt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher, daß das Weiterdrehen einer Werkstückspindel infolge des ungleichmäßigen Zusammenfahrens einer Bremseinrichtung in einer Weise verhindert werden kann, daß eine Klemmeinheit so betätigt wird, daß sie zu Beginn der Klemmung, in dem die Klemmkraft einer Bremseinrichtung ungleichmäßig ist, die Klemmkraft herabsetzt. Dann kann die Klemmung einwandfrei ausgeführt werden.
Und bei einer Ausführung, bei der eine Schmierölzuführeinrichtung, z.B. eine Schmiervorrichtung, mit einer Klemmeinheit verbunden ist, ist es möglich, den Reibungskoeffizienten zwischen einer Bremseinrichtung und einer Werkstückspindel beträchtlich herabzusetzen. Daher kann das Weiterdrehen einer Werkstückspindel infolge des ungleichmäßigen Anlegens der Bremseinrichtung verringert werden.
Und wenn bei einer Ausführung mit einer Werkstückspindel, einer Bremseinrichtung für die Werkstückspindel, z.B. eine Bremseinheit mit Bremsmitteln, z.B. einer Vielzahl Bremsreibbelägen, welche die Drehung der Werkstückspindel zu blockieren vermögen, eine Werkstückspindel bei C-Achsen-Steuerung geklemmt wird, wird das Anlegen mit der ersten Klemmkraft ausgeführt, bis alle Bremsmittel an einer Werkstückspindel anliegen, und mit der zweiten Klemmkraft, die größer ist als die genannte erste Klemmkraft ist, nachdem alle genannten Bremsmittel an der Werkstückspindel anliegen. Dementsprechend kann die Positionierung einer Werkstückspindel vorgenommen werden, ohne daß bei einer C-Achsen-Steuerung ein Weiterdrehen einer Werkstückspindel eintritt.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Werkstückspindel geschaffen, in Verbindung mit einem Werkstückspindelmotor von normalem Nennbetriebsdrehmoment, der zum Antreiben der genannten Werkstückspindel mit der genannten Werkstückspindel direkt verbunden ist, einer Drehwinkeldetektoreinrichtung zum Feststellen des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel, einer Servosteuereinrichtung zum Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel durch Steuern des genannten Werkstückspindelmotors in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung, und einer Klemmvorrichtung zum Klemmen der genannten Werkstückspindel in einem Haltzustand oder zum Drehen der genannten Werkstückspindel mit Reibschluß unter Winkelkontrolle durch Anlegen an die genannte Werkstückspindel, mit den Arbeitsschritten:
- Klemmen der genannten Werkstückspindel und des genannten Werkstückspindelmotors mittels der genannten Klemmvorrichtung durch Betätigen der genannten Klemmvorrichtung,
- Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel mittels der genannten Servosteuereinrichtung, während die genannte Klemmvorrichtung in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung an der genannten Werkstückspindel und dem Werkstückspindelmotor kleinmend anliegt, derart, daß die genannte Werkstückspindel (19) in einer vorbestimmten Winkelstellung gehalten wird, und
- die Reduzierung des Drehmomentes des genannten Werkstückspindelmotors unter das normale Nennbetriebsdrehmoment des genannten Werkstückspindelmotors, wodurch ein Heißlaufen des genannten Werkstückspindelmotors verhindert wird.
Vorzugsweise umfaßt eine Werkstückspindel-Steuereinheit eine Werkstückspindel und einen Werkstückspindelmotor, der mit der Werkstückspindel direkt verbunden ist, eine für die genannte Werkstückspindel vorgesehene Drehwinkeldetektoreinrichtung zum Feststellen des Drehwinkels einer Werkstückspindel, eine Servosteuereinrichtung, z .B. eine Werkstückspindelmotor-Steuerung, zum Steuern des C-Achsen-Drehwinkels des genannten Werkstückspindelmotors in Abhängigkeit vom Signal von der Drehwinkeldetektoreinrichtung, eine Klemmvorrichtung, z .B. eine Klemmeinheit, zum Klemmen der genannten Werkstückspindel, und einen Klemmeinheit-Steuerteil und eine Befehlseinrichtung, z.B. einen Achsen-Steuerteil, zum Anweisen der genannten Servosteuereinrichtung, das Drehmoment eines Werkstückspindelmotors gegenüber einem üblichen Nenndrehmoment herabzusetzen, während die Klemmvorrichtung die Drehbewegung einer Werkstückspindel blockiert. Wenn bei gesteuerter C-Achse eine Werkstückspindel in einer vorbestimmten Winkelstellung geklemmt wird, wird das Drehmoment eines Werkstückspindelmotors gegenüber einem üblichen Nenndrehmoment herabgesetzt, ohne daß der gesteuerte Zustand eines Werkstückspindelmotors durch eine Servosteuereinrichtung aufgehoben wird. Folglich besteht keine Möglichkeit, daß ein Werkstückspindelmotor warmläuft, unter der Annahme, daß ein Werkstückspindelmotor bei geklemmtem Zustand durch eine Servosteuereinrichtung wegen eines Servofehlers angetrieben und gesteuert wird. Und weil eine Servosteuereinrichtung während der Klemmung einer Werkstückspindel stets weiter in Betrieb bleiben kann, ist beim Klemmen und Lösen der Klemmung einer Werkstückspindel eine Rückkehrbewegung in die Ausgangsposition unnötig und sind komplexe Steuerungsprozeduren, z.B. EIN- und AUS-Schalten einer Servoeinrichtung ebenfalls überflüssig.
Und eine Werkstückspindel-Steuereinheit umfaßt eine Werkstückspindel und einen mit der Werkstückspindel direkt verbundenen Werkstückspindelmotor, eine für die genannte Werkstückspindel vorgesehene Drehwinkeldetektoreinrichtung zum Feststellen des Drehwinkels einer Werkstückspindel, eine Servosteuerinrichtung, z.B. eine Werkstückspindelmotor-Steuerung, zum Steuern des C-Achsen-Drehwinkels des genannten Werkstückspindelmotors in Abhängigkeit vom Signal von der Drehwinkeldetektoreinrichtung, und eine Klemmvorrichtung, z.B. eine Klemmeinheit zum Klemmen der genannten Werkstückspindel und ein Klemmeinheit-Steuerteil; wenn die Werkstückspindel bei gesteuerter C-Achse in einer vorbestimmten Winkelstellung stillgesetzt wird, wird die Werkstückspindel zusammen mit dem Werkstückspindelmotor durch Betätigen der genannten Klemmvorrichtung geklemmt, und die Steuerung des Werkstückspindelmotors wird durch die genannte Servosteuereinrichtung fortgesetzt, und das Drehmoment eines Werkstückspindelmotors wird gegenüber einem üblichen Nenndrehmoment herabgesetzt, um das Warmlaufen des Werkstückspindelmotors zu verhindern. Folglich kann eine Werkstückspindel bei weiter eingeschalteter Servosteuerung durch Begrenzen des Drehmoments des Werkstückspindelmotors geklemmt werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr nur als Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 ein Steuerblockschaltbild zur Darstellung eines Beispiels einer für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt ist,
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils II in einen Klemmeinheitsteil in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf Fig. 2,
Fig. 4 einen hydraulischen Schaltplan zur Darstellung von Einzelheiten einer Hydrokraft-Schalteinheit,
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Steuerschrittfolge für jedes Ventil,
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Klemmsteuerprogramms,
Fig. 7(a) ein Steuerblockschaltbild zur Darstellung eines Beispiels einer für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt ist, und Fig. 7(b) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer zu bearbeitenden Werkstück-Stirnfläche,
Fig. 8 eine grafische Darstellung eines Beispiels eines Bearbeitungsprogramms,
Fig. 9 ein Zeitdiagramm zur Darstellung des zeitlichen Ablaufs jeder Steuerbewegung,
Fig. 10 eine grafische Darstellung zur Darstellung eines Beispiels einer Werkzeugmaschine, auf welche ein Beispiel einer Drehwellen-Steuereinheit für Werkzeugmaschinen angewandt ist,
Fig. 11 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Hydraulikkreises einer Drehwellen-Steuereinheit gemäß Fig. 10, und
Fig. 12 eine grafische Darstellung einer Hydrokraft-Entscheidungstabelle, die in einem Hydrokraft-Entscheidungstabellen-Speicher einer Drehachsen-Steuereinheit für Werkzeugmaschinen gespeichert ist.
Eine für komplexe Bearbeitungen bestimmte Werkzeugmaschine 1 weist gemäß Fig. 1 eine NC-Einheit 2 auf. Für die NC-Einheit 2 ist ein Hauptsteuerteil 3 vorgesehen. Für den Hauptsteuerteil 3 sind ein Programmspeicher 5, ein Wellensteuerteil 4, ein Klemmeinheit-Steuerteil 6 u.dgl. vorgesehen. Mit dem Klemmeinheit-Steuerteil 3 sind ein Parameterspeicher 7 und eine Hydrokraft-Schalteinheit 9 verbunden, und mit der Hydrokraft-Schalteinheit 9 sind eine Hydrokraftquelle 10, z.B. eine Hydraulikpumpe, und eine Klemmeinheit 11 verbunden.
Die Hydrokraft-Schalteinheit 9 umfaßt gemäß Fig. 4 ein Druckreduzierventil 12, ein erstes Solenoidventil 13, ein zweites Solenoidventil 15 u.dgl. Die Hydrokraft-Schalteinheit 9 ist mit der Hydrokraftquelle 10 auf der Seite des Druckreduzierventils 12 und mit der Klemmeinheit 11 auf der Seite des zweiten Solenoidventils 15 verbunden. Die Klemmeinheit 11 umfaßt gemäß Fig. 2 und 3 eine Bremsscheibe 11a, die in einer weiter unten beschriebenen Werkstückspindel befestigt ist. Am Umfang der Bremsscheibe 11a sind zwei Klemmeinheiten 11b, 11b in solcher Gestalt angeordnet, daß sie die Bremsscheibe 11a zwischen beiden Seiten jeder Einheit einschließen. Gemäß Fig. 1 ist der Hauptteil 11b U-förmig. Für jeden Hauptteil 11b sind zwei Hydraulikzylinder 11c in solcher Gestalt vorgesehen, daß sie zwischen sich die Bremsscheibe 11a einschließen. Für jeden Hydraulikzylinder 11c ist ein Bremsreibbelag 11d vorgesehen, der an die Bremsscheibe 11a anlegbar ist.
Mit dem Wellensteuerteil 4 ist eine Spindelmotorsteuerung 16 verbunden. Mit der Spindelmotorsteuerung 16 ist ein Spindelmotor 17 verbunden. Der Spindelmotor 17 ist mit einer Abtriebswelle 17a versehen, die mit einer Werkstückspindel 19 direkt verbunden ist. In die Abtriebswelle 17a ist ein mit der Spindelmotorsteuerung 16 verbundener Drehwinkeldetektor 20 eingebaut. Und in die Werkstückspindel 19 ist ein Spannfutter 22 eingebaut. Das Spannfutter 22 kann das Werkstück 23 spannen. Mit der Klemmeinheit 11 ist eine Schmiervorrichtung 21 in solcher Ausführung verbunden, daß sie der Bremsscheibe 11a Schmieröl zuführt.
Wenn mit der für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine 1 vom vorstehend beschriebenen Aufbau eine normale Dreharbeit an einem Werkstück 23 ausgeführt wird, wird der Spindelmotor 17 bei im in Fig. 1 dargestellten Spannfutter 22 aufgespanntem Werkstück 23 mit einer vorbestimmten Drehzahl drehangetrieben, und mittels eines Drehwerkzeuges, z.B. eines Drehmeißels, wird am Werkstück 23 eine vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt. Wird die Bearbeitung mit gesteuerter C- Achse ausgeführt und die Werkstückspindel 19 durch die Klemmeinheit 11 mit Positionierung unter einem bestimmten Winkel geklemmt, liest der Hauptsteuerteil 3 ein Klemmsteuerprogramm CPR aus dem Programmspeicher 5 aus und betätigt und steuert die Klemmeinheit 11 auf der Grundlage des Klemmsteuerprogramms CPR.
Das heißt, das erste Solenoidventil 13 und das zweite Solenoidventil 15 der Hydrokraft-Schalteinheit 9 werden beide aus dem "AUS-Zustand" in den "EIN-Zustand" im Schritt 51 des in Fig. 6 dargestellten Klemmsteuerprogramms CPR geschaltet.
Sodann mindert das Druckreduzierventil 12 den Druck des Drucköls von der Hydrokraftquelle 10 auf einen vorbestimmten Druck. Und jeder Hydraulikzylinder 11c der Klemmeinheit 11 wird mit dem druckreduzierten Öl über eine Leitung 25A, das erste Solenoidventil 13, eine Leitung 25B, das zweite Solenoidventil 15 und eine Leitung 25C versorgt. Jeder Hydraulikzylinder 11c wird mit Drucköl versorgt, dessen Druck durch das Druckreduzierventil 12 herabgesetzt ist. Sodann bewegt jeder Hydraulikzylinder 11c den Bremsreibbelag 11d in Richtung auf die Bremsscheibe 11a, um das Anlegen an die Bremsscheibe 11a zu beginnen.
Der Klemmeinheit-Steuerteil 6 hält das erste Solenoidventil 13 und das zweite Solenoidventil 15 bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit im Schritt 52 des Klemmsteuerprogramms CPR im eingeschalteten Zustand und wartet, bis alle Bremsreibbeläge 11d der vier Hydraulikzylinder 11c der Klemmeinheit 11 sich an die Bremsscheibe 11a anlegen. Sodann legen sich vier Bremsreibbeläge 11d langsam an die Bremsscheibe 11a an. Wenngleich sich hinsichtlich des Zeitpunkts des beginnenden Anlegens kleine Zeitunterschiede aufgrund von Montagefehlern ergeben, legen sich daher die vier Bremsreibbeläge 11d nach Ablauf der vorbestimmten Zeit unter gleichen Bedingungen an die Bremsscheibe 11a an. Weil die Bremsscheibe 11a von der Schmiervorrichtung 21 stets mit Schmieröl versorgt wird, wird außerdem der Reibungskoeffizient zwischen dem Bremsreibbelag 11d und der Bremsscheibe 11a durch die Wirkung des Schmieröls rasch herabgesetzt. Und wenn infolge ungleichmäßiger Anlage der Bremsreibbeläge 11d das Drehmoment bewirkt, daß sich die Bremsscheibe 11a in der einen oder der anderen Richtung dreht, entsteht eine beträchtliche Reduzierung des Drehmomentes. Beim Klemmen kann es daher zu geringem Weiterdrehen kommen. Und die Abtriebswelle 17a, d.h. die Werkstückwelle 19, kann sich durch die Wirkung des Schmieröls ohne Schwierigkeiten frei bewegen, bis die vier Bremsreibbeläge 11d sich mit einem vorbestimmten Druck an die Bremsscheibe 11a anlegen. Unter der Annahme, daß sich die Werkstückspindel 19 wegen der ungleichmäßigen Anlage der Bremsreibbeläge 11d um einige Winkel weiterdreht, betätigt die Spindelmotorsteuerung 16 den Spindelmotor 17 sofort in der dem Weiterdrehen entgegengesetzten Korrekturrichtung in Abhängigkeit vom Drehwinkel-Erfassungssignal 51 vom Drehwinkeldetektor 20. Folglich wird das sich aus dem ungleichmäßigen Anlegen der Bremsreibbeläge 11d ergebende Weiterdrehen korrigiert und die Werkstückspindel 19 wird durch die Klemmeinheit 11 geklemmt.
Wenn die Bremsscheibe 11a von den vier Hydraulikzylindern 11c auf diese Weise langsam geklemmt wird, schaltet das Klemmsteuerprogramm CPR zum Schritt 53 weiter und das erste Solenoidventil 13 wird von EIN auf AUS geschaltet. Sodann wird jeder Hydraulikzylinder 11c der Klemmeinheit 11 mit dem Drukköl von der Hydrokraftquelle 10 über die Leitung 25D, das erste Solenoidventil 13, die Leitung 25B, das zweite Solenoidventil 15 und die Leitung 25C mit unter hohem Druck stehendem Drucköl versorgt, ohne über das Druckreduzierventil 12 zu gehen. Jeder Hydraulikzylinder 11c wechselt vom Klemmen der Bremsscheibe 11a mit geringem Druck auf Klemmen mit hohem Druck. Die Bremsscheibe 11a wird durch die vier Bremsreibbeläge 11d zuverlässig gehalten (Schritt 54 des Klemmsteuerprogramms).
Wenn die Werkstückspindel 19 auf diese Weise von der Klemmeinheit 11 festgehalten ist, wird eine vorbestimmte Bearbeitung an einem im Spannnfutter 22 aufgespannten Werkstück 23 mittels eines Drehwerkzeuges durchgeführt (Schritt 55 des Klemmsteuerprogramms CPR). Weil dabei das Werkstück 23 in einer vorbestimmten Winkelstellung der C-Achse einwandfrei positioniert ist, wird die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit ausgeführt.
Am Ende der Bearbeitung wird das zweite Solenoidventil 15 der Hydrokraft-Schalteinheit 9 von EIN auf AUS geschaltet, um das Drucköl von der Klemmeinheit 11 abzuziehen. Sodann hebt der Bremsreibbelag 11d jedes Hydraulikzylinders 11c durch die Wirkung einer eingebauten Rückhaltefeder 11e von der Bremsscheibe 11a ab. Der Spindelmotor 17, d.h. die Werkstückspindel 19, ist in einem Zustand, in dem sie sich frei bewegen kann.
Die Klemmkraft der Klemmeinheit 11 in Abhängigkeit vom EIN- AUS-Zustand des ersten Solenoidventils (SOL1) 13 und des zweiten Solenoidventils (S0L2) 15 der Hydrokraft-Schalteinheit 9 ist in Fig. 5 dargestellt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Werkzeugmaschine, deren Werkstückspindel 19 mit dem Spindelmotor 17 direkt verbunden ist. Jedoch steht für die vorliegende Erfindung jede Werkzeugmaschine zur Verfügung ebenso wie eine Werkzeugmaschine des vorstehend beschriebenen direkt verbundenen Typs.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Fig. 7 bis 9 beschrieben.
Eine für komplexe Bearbeitungen bestimmte Werkzeugmaschine 101 weist gemäß Fig. 7(a) einen Hauptsteuerteil 102 mit einer NC-Einheit 104 auf. Mit dem Hauptsteuerteil 102 sind ein Bearbeitungsprogrammspeicher 103, ein Wellensteuerteil 105, ein Klemmeinheit-Steuerteil 106 u.dgl. verbunden. Mit dem Wellensteuerteil 105 ist eine Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 verbunden und mit der Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 sind ein Parameterspeicher 109 und ein Werkstückspindelmotor 110 verbunden. Mit dem Klemmeinheit-Steuerteil 106 ist eine Klemmeinheit 111 verbunden.
Der Werkstückspindelmotor 110 weist eine Abtriebswelle auf, die einstückig als Werkstückspindel 110a gestaltet ist. Am entsprechend der Figur rechten Abschnitt der Werkstückspindel 110a ist ein Spannfutter 113 zum Aufspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks 112 eingebaut. Am linken Abschnitt der Werkstückspindel 110a ist ein Drehwinkeldetektor 115 in der Form vorgesehen, daß er mit der Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 verbunden ist. An der Werkstückspindel 110a ist eine zur Klemmeinheit 111 gehörende Klemmscheibe 111a befestigt. Auf der entsprechend Fig. 7 rechten Seite des Spannfutters 113 ist ein Werkzeugsupport 116 in Richtung der X- und der Z- Achse bewegbar und betätigbar angeordnet. Im Werkzeugsupport 116 sind Drehwerkzeuge 117, z.B. ein Fräser und ein Bohrer, befestigbar und lösbar angeordnet.
Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau der für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine 101 an einer Stirnfläche 112a des im Spannfutter 113 aufgespannten Werkstücks 112 Bohrlöcher 112b in einem vorbestimmten Winkelabstand mittels des Drehwerkzeugs 117, z.B. eines in Fig. 7(b) dargestellten Bohrers, eingearbeitet werden, liest der Hauptsteuerteil 102 ein dem Werkstück 112 entsprechendes Bearbeitungsprogramm XPRO aus dem Bearbeitungsprogrammspeicher 103 aus, und am Werkstück 112 wird aufgrund der Anweisungen des Bearbeitungsprogramms XPRO eine Bearbeitung durchgeführt. Das heißt, im Bearbeitungsprogramm XPRO wird im Schritt N100, der entsprechend Fig. 8 die Folgenummer (G00C45) ist, die Positionierung der C-Achse im Eilgang auf θ = 45º befohlen. Der Wellensteuerteil 105 führt die C-Achsen-Steuerung am Werkstückspindelmotor 110 über die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 in Abhängigkeit von der Anweisung aus, die Werkstückspindel 110a in die Position (θ = 45º) zu verbringen, in welcher zuerst das Bohrloch 112b ausgeführt wird. Dieser Arbeitsgang wird zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 in einem in Fig. 9(a) dargestellten Zeitdiagramm für die C-Achsen-Bewegung ausgeführt.
Wenn auf diese Weise die C-Achse zum Zeitpunkt T2 die Stellung θ = 45º einnimmt, gibt das Bearbeitungsprogramm im Schritt Nr. N101 einen Steuercode M210 ab und weist den Klemmeinheit-Steuerteil 106 an, die Werkstückspindel 110a zu klemmen. Sodann betätigt der Klemmeinheit-Steuerteil 106 die Klemmeinheit 111 so, daß sie die in die Stellung θ = 45º positionierte Werkstückspindel 110a durch Blockieren der Klemmscheibe 111a klemmt (Zeitpunkt T23 in Fig. 9(b)). Dabei wird die Klemmkraft der Klemmeinheit 111 in Abhängigkeit vom Klemmsteuerprogramm CPR gemäß Fig. 6 in der vorstehend beschriebenen Weise zum Klemmen der Werkstückspindel 110a gesteuert. Wenn auf diese Weise die Werkstückspindel 110a in der C-Achsen-Position θ = 45º durch die Klemmeinheit 111 geklemmt ist, wird an den Wellensteuerteil 105 ein Klemmbeendigungssignal XS1 abgegeben. Bei Empfang dieses Signals weist der Wellensteuerteil 105 die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 an, das Drehmoment des Werkstückspindelmotors 110 zu begrenzen. Die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 empfängt diesen Befehl, liest aus dem Parameterspeicher 109 einen Klemmstrom-Wert XCT aus und setzt eine obere Grenze für den Antriebsstrom des Werkstückspindelmotors 110 auf der Basis des Klemmstrom-Wertes XCT (Fig. 9(c), Zeitpunkt T3). Der Klemmstrom-Wert XCT beträgt etwa 5 Prozent des dem Nenndrehmoment entsprechenden Stromwertes. Daher wird das Drehmoment des Werkstückspindelmotors 110 gegenüber dem unter üblichen Bedingungen verwendeten beträchtlich herabgesetzt.
Wenn der Werkstückspindelmotor 110 so positioniert ist, daß die Werkstückspindel 110a auf etwa θ = 45º ist, pendelt sich die Werkstückspindel 110a schrittweise um θ = 45º, derart, daß der Servopositionierfehler in bezug auf θ = 45º korrigiert wird. Und in Abhängigkeit vom Klemmzeitablauf der Klemmeinheit 111 wird die Werkstückspindel 110a so gehalten, daß sie sich um einige Grad (einige Impulse) in ±-Richtung der C-Achse in bezug auf θ = 45º weiterbewegen kann. Selbst unter diesen Klemmbedingungen arbeitet eine Positionierservoschleife, die aus dem Drehwinkeldetektor 115, der Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 und dem Werkstückspindelmotor 110 besteht, in der üblichen Weise. Und die C-Achsen-Position der Werkstückspindel 110a wird stets durch den Drehwinkeldetektor 115 erfaßt und als Positionssignal XS2 an die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 abgegeben. Die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 leitet Antriebsstrom an den Werkstückspindelmotor 110, um die Abweichung zwischen dem Positionssignal XS2 und θ = 45º, dem Sollwert, zu korrigieren. Solange die Abweichung zwischen dem Signal XS2 und dem Sollwert nicht kleiner wird, steuert die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 so, daß der Antriebsstrom größer wird. Wenn jedoch die Werkstückspindel 110a durch die Klemmeinheit 111 geklemmt ist, ist, wie weiter oben beschrieben, die obere Grenze des Antriebsstroms durch den Klemmstrom-Wert XCT beträchtlich herabgesetzt. Selbst wenn die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 den Antriebsstrom an den Werkstückspindelmotor 110 erhöht, besteht daher keine Möglichkeit, ihn über den Klemmstrom-Wert XCT hinaus zu erhöhen. Folglich wirkt auf den Werkstückspindelmotor 110 kein übermäßiges Drehmoment ein und der Werkstückspindelmotor 110 kann nicht warmlaufen.
Der Wellensteuerteil 105 betätigt den Werkzeugsupport 116 entsprechend den Schritt-Nr. N102, N103 des Bearbeitungsprogramms gemäß Fig. 8 so, daß das Drehmoment des Werkstückspindelmotors 1110 zwischen den Zeitpunkten T3 und T45 gemäß Fig. 9(c) begrenzt ist. Und die Bearbeitung am Werkstück 112 wird durchgeführt, um das Bohrloch 112b in der Position θ = 45º auszuführen (zwischen den Zeitpunkten T34 und T4 in Fig. 9(d)).
Sobald die Bearbeitung des Bohrloches 112b auf diese Weise mit dem Drehwerkzeug 117 beendet ist, gibt der Wellensteuerteil 105 an die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 den Befehl, die Drehmomentbeschränkung aufzuheben. Der Werkstückspindelmotor 110 hebt die bisher benutzte Einstellung des Klemmstrom-Wertes XCT im Zeitpunkt T45 auf und der Werkstückspindelmotor 110 geht in den üblichen Zustand zurück. Das Bearbeitungsprogramm XPRO springt gemäß Fig. 8 auf den Schritt Nr. N104 weiter. Der Klemmeinheit-Steuerteil 106 löst die Klemmung der Klemmeinheit 111 in Abhängigkeit vom Steuercode M212 und hebt den Klemmzustand der Werkstückspindel 110a auf (Zeitpunkt TS in Fig. 9(b)). Bei der Abgabe eines Lösesignals XS3 an den Wellensteuerteil 105, mit dem das Lösen der Klemmung der Werkstückspindel 110a angezeigt wird, schaltet der Wellensteuerteil 105 auf den Schritt Nr. N105 des Bearbeitungsprogramms XPRO weiter und auf Eilgang und Positionierbewegungen um, um die Werkstückspindel 110a, d.h. das Werkstück 112, auf die C-Achsen-Position θ = 135º für die Bearbeitung des Bohrloches 112b zu fahren (Zeitpunkt T6 in Fig. 9(a)). Weil der Werkstückspindelmotor 110 in dem Zustand betätigt wird, in dem die Begrenzung des Klemmstrom-Wertes XCT aufgehoben ist, werden dabei die Eilgang- und Positionierbewegungen weich ausgeführt. Auch bei Klemmung der Werkstückspindel 110a durch die Klemmeinheit 111 arbeitet die Servoschleife des Werkstückspindelmotors 110 über den Drehwinkeldetektor 115 und die Werkstückspindelmotor-Steuerung 107 weiter. Folglich erkennt die WerkStückspindelmotor-Steuerung 107 stets die aktuelle Position der C-Achse der Werkstückspindel 110a. Daher ist es möglich, beim Lösen der Klemmeinheit 111 die nachfolgende Bewegung zur C-Achsen-Positionierung sofort auszuführen, ohne in die Ausgangsstellung zurückzukehren.
Bei normalen Dreharbeiten unter Verwendung der für komplexe Bearbeitungen bestimmten Werkzeugmaschine 101, wird der Werkstückspindelmotor 110 mit einer vorbestimmten Drehzahl drehangetrieben, und das im Spannfutter 113 aufgespannte Werkstück 112 wird mit Drehwerkzeugen am Werkzeugsupport 116 bearbeitet.
Ferner wird nachstehend ein Beispiel für eine Drehachsen- Steuereinheit für Werkzeugmnaschinen anhand der Fig. 10 bis 12 erläutert.
Eine Werkzeugmaschine 201, die eine C-Achsen-Steuerung durchzuführen vermag, z.B. eine Drehbank, hat eine Drehwelle 202, einen Antriebsmotor 203, eine NC-Einheit 205, eine Drehwellen-Steuereinheit 206 u.dgl., wie in Fig. 10 dargestellt. Die NC-Einheit 205 umfaßt einen Hauptsteuerteil 207. Mit dem Hauptsteuerteil 207 sind über eine Busleitung 209 eine Daten-0 Ein/Ausgabe-Einheit 210, eine Bedientafel 211, ein Ein/Ausgabe-Steuerteil 212, ein Bearbeitungsdatenspeicher 215, ein Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213, der die Drehwellen-Steuereinheit 206 umfaßt, ein Hydrokraft-Entscheidungstabellen- Speicher 216, ein Betriebsteil 217 u.dgl. verbunden. Mit dem Ein/Ausgabe-Steuerteil 212 sind eine Drehwellenmotor-Steuerung 219 und eine Hydrokraft-Schalteinheit 220, welche die Drehwellen-Steuereinheit 206 umfaßt, verbunden. Im Hydrokraft-Entscheidungstabellen-Speicher 216 ist eine Hydrokraft- Schalttabelle ZT1 gemäß Fig. 12 gespeichert. In die Hydrokraft-Schalttabelle ZT1 sind die Arten der Hydrokraft-Schalt- Signale ZS (z.B. ZS1, ZS2, ZS3, ZS4) eingetragen, die in Abhängigkeit von den Bearbeitungsarten CV (z.B. CV1, CV2, CV3) an die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 abgegeben werden. Mit der Hydrokraft-Schalteinheit 220 ist eine Hydrokraftquelle 221 verbunden, die aus einer Hydraulikpumpe, einem Ablaßtank u.dgl. zusammengesetzt ist.
Die Drehwelle, z.B. eine Spindel, ist über Lager 222, 222 in den von Pfeilen ZA und ZB auf der rechten Seite der Fig. 10 angegebenen Richtungen drehbar angeordnet. Über ein (nicht dargestelltes) Spannfutter kann in der Drehwelle 202 ein Werkstück aufgenommen werden. In dem entsprechend der Zeichnung mittleren Abschnitt der Drehwelle 202 ist der Antriebsmotor 203 in der Form vorgesehen, daß er in die Drehwelle 202 eingebaut ist. Die weiter oben beschriebene Drehwellenmotor- Steuerung 219 ist mit dem Antriebsmotor 203 verbunden. Im entsprechend der Figur linken Abschnitt der Drehwelle 202 ist eine Scheibe 223a, die eine handelsübliche Scheibenbremse 223 bildet, installiert. Entsprechend der Figur unter der Drehwelle 202 ist eine zur Scheibenbremse 223 gehörende Anlegeeinheit 223b so vorgesehen, daß sie in der Lage ist, die Scheibe 223a mit einer vorbestimmten Kraft mittels zur Anlegeeinheit 223b gehörenden Belägen 223c, 223c festzuhalten. Mit der Anlegeeinheit 223b ist die weiter oben beschriebene Hydrokraft-Schalteinheit 220 verbunden.
Die Hydrokraft-Schalteinheit 220 umfaßt ein erstes Wegesteuerventil 220a, ein zweites Wegesteuerventil 220b, ein drittes Wegesteuerventil 220c, ein erstes Druckreduzierventil 220d, ein zweites Druckreduzierventil 220e u.dgl., wie in Fig. 11 dargestellt. Das erste Druckreduzierventil 220d ist über eine Leitung 220h mit dem ersten Wegesteuerventil 220a verbunden. Mit dem ersten Druckreduzierventil 220d ist über eine Leitung 220f eine (nicht dargestellte) Hydraulikpumpe verbunden, welche die Hydrokraftquelle 221 gemäß Fig. 10 bildet. Die Hydraulikpumpe ist mit dem ersten Wegesteuerventil 220a gemäß Fig. 11 über die Leitung 220f direkt verbunden. Und das zweite Druckreduzierventil 220e ist mit dem ersten Wegesteuerventil 220a über eine Leitung 220i verbunden, und das zweite Wegesteuerventil 220b ist über eine Leitung 220j mit dem zweiten Druckreduzierventil 220e verbunden.
Das zweite Wegesteuerventil 220b ist über die Leitung 220i mit dem ersten Wegesteuerventil 220a direkt verbunden. Und das dritte Wegesteuerventil 220c ist mit dem zweiten Wegesteuerventil 220b über eine Verbindungsleitung 220k verbunden. Mit dem dritten Wegesteuerventil 220c ist über eine Leitung 220g ein (nicht dargestellter) zur Hydrokraftquelle 221 gehörender Ablaßtank verbunden. Und gemäß Fig. 10 ist die Anlegeeinheit 223b der Scheibenbremse 223 mit dem dritten Wegesteuerventil 220c gemäß Fig. 11 über eine Leitung 220m verbunden.
Um bei dem vor stehend beschriebenen Aufbau der Werkzeugmaschine 201 unter Verwendung der Werkzeugmaschine 201 eine Fräsbearbeitung mit gesteuerter C-Achse an einem Werkstück auszuführen, wird ein (nicht dargestelltes) zu bearbeitendes Werkstück in der Drehwelle 202 gemäß Fig. 10 über ein Spannfutter u.dgl. aufgenommen. In diesem Zustand gibt eine Bedienperson über die Daten-Ein/Ausgabe-Einheit 210 der NC-Einheit 205 Bearbeitungsdaten ZD1 ein (z.B. die X-Achsen-Koordinatenwerte X1, X2 der Bearbeitungsstartstellung und der Bearbeitungsendstellung eines Werkstücks in den in Fig. 10 durch die Pfeile C und D angegebenen Richtungen (X-Achsen- Richtung), die Winkelgeschwindigkeit V der Drehwelle 202 u.dgl.). Die Daten-Ein/Ausgabe-Einheit 210 gibt dann diese Bearbeitungsdaten ZD1 an den Bearbeitungadatenspeicher 215 ab. Bei Empfang derselben speichert der Bearbeitungsdatenspeicher 215 die Bearbeitungsdaten ZD1 als Teil eines Bearbeitungsprogramms ZPRO.
Sobald das Bearbeitungsprogramm ZPRO auf diese Weise zusammengestellt und im Bearbeitungsdatenspeicher 215 gespeichert ist, gibt eine Bedienperson über die Bedientafel 211 gemäß Fig. 10 einen Bearbeitungsstartbefehi ZSC1 ein. Bei Empfang desselben weist der Hauptsteuerteil 207 den Betriebsteil 217 an, ein ablaufbereites Programm ZPRO1, einschließlich der Erstellung einer Werkzeugbewegungsbahn, zusammenzustellen. Sodann liest der Betriebsteil 217 das im Bearbeitungsdaten speicher 215 gespeicherte Bearbeitungsprogramm ZPRO aus und stellt das ablaufbereite Programm ZPRO1 auf der Basis des EIA-ISO-Codes u.dgl. entsprechend dem Programm ZPRO auf. Fräsarbeiten u.dgl. werden mit C-Achsen-Steuerung an einem Werkstück entsprechend dem aufgestellten ablaufbereiten Programm ZPRO1 ausgeführt.
Das heißt, zuerst wird vom Hauptsteuerteil 207 der NC-Einheit 205 gemäß Fig. 10 ein Indexierbefehl ZSR an die Drehwellenmotor-Steuerung 219 über den Ein/Ausgabe-Steuerteil 212 gemäß Fig. 10 abgegeben, so daß die Drehwelle 202 in die Stellung mit vorbestimmtem Winkelabstand zur C-Achsen-Ausgangsstellung (die nicht dargestellt ist) gefahren werden kann, um die Schritte des vom Betriebsteil 217 aufgestellten ablaufbereiten Programms ZPRO1 in der richtigen Reihenfolge auszuführen. Sodann wird der Antriebsmotor 203 (d.h. die Drehwelle 202) von der Drehwellenmotor-Steuerung 219 mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit V in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen mit einem Drehwinkelbetrag θ drehangetrieben, um die Drehwelle 202 in die Position zu fahren, die von der C-Achsen-Ausgangsstellung einen vorbestimmten Winkelabstand hat.
Im Falle daß der Hauptsteuerteil 207 gemäß Fig. 10 den Indexierbefehl ZSR an die Drehwellenmotor-Steuerung 219 abgibt, liest der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213 das ablaufbereite Programm ZPRO1 aus dem Betriebsteil 217 aus und bestimmt, daß die Bearbeitungsart CV, die ab dann auszuführen ist, gemäß Fig. 12 CV3 ist, d.h. (3) "Indexieren nur lastfrei" aus dem Steuercode des durch das Programm ZPRO1 angegebenen Schrittes. Und der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213 gemäß Fig. 10 liest die Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 aus dem Hydrokraft-Entscheidungstabellen-Speicher 216 aus und gibt das dem (3) "Indexieren nur lastfrei" entsprechende Hydrokraft- Schaltsignal ZS4, d.h. falls die Bearbeitungart CV CV3 ist, an die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 ab, indem sie die ausgelesene Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 gemäß Fig. 12 abruft.
Dabei sind die den Bearbeitungsarten CV entsprechenden Hydrokraft-Schaltsignale ZS in der in Fig. 12 dargestellten Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 angegeben. Falls die Bearbeitungsart CV CV1 ist, also (1) "Bearbeiten mit fester Drehwelle", ist als das der Bearbeitungsart CV entsprechende Hydrokraft-Schaltsignal ZS ZS 1 angegeben. Falls die Bearbeitungart CV CV2 ist, also (2) "Bearbeitung mit drehender Drehwelle" und A. "Schruppen (große Schnittiefe)" F1, ist als das der Bearbeitungsart CV entsprechende Hydrokraft-Schaltsignal ZS ZS2 angegeben. Falls die Bearbeitungsart CV CV2 ist, also (2) "Bearbeitung mit drehender Drehwelle" und B. "Schlichten (kleine Schnittiefe)" F2, ist das der Bearbeitungsart CV entsprechede Hydrokraft-Schaltsignal ZS ZS3 angegeben. Und falls die Bearbeitungsart CV CV3 ist, also (3) "Indexieren nur lastfrei", wird als das der Bearbeitungsart CV entsprechende Hydrokraft-Schaltsignal ZS ZS4 angegeben. Folglich kann der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213 das der festgestellten Bearbeitungsart entsprechende Hydrokraft-Schaltsignal ZS durch Abrufen der Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 ableiten.
Sodann stoppt die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 die Betätigung aller ersten, zweiten und dritten Wegesteuerventile 220a, 220b , 220c gemäß Fig. 11 aufgrund des Hydrokraft-Schaltsignals ZS4. Sodann wird die Verbindung zwischen den Leitungen 220f und 220m über die Wegesteuerventile 220a, 220b, 220c unterbrochen, und die Anlegeeinheit 223b der Scheibenbremse 223 gemäß Fig. 10 wird nicht mit Drucköl von der Leitung 220f versorgt (folglich ist der Druckwert ZP des zur Anlegeeinheit 223b geleiteten Drucköls ZP4 (= 0)). Daher halten die Beläge 223c, 223c der Anlegeeinheit 223b die Scheibe 223a nicht fest. Folglich wird die Indexierung der Drehwelle 202 auf der Basis des ablaufbereiten Programms ZPRO1 mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit durchgeführt, weil die Drehung der Drehwelle 202 in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen durch die Scheibenbremse 223 nicht begrenzt wird und die Drehwelle 202 durch den Antriebsmotor 203 ohne Verlangsamung direkt drehangetrieben und betätigt wird.
Wenn an einem Werkstück eine Fräsarbeit mit gesteuerter C- Achse bei nach Indexierung feststehender Drehwelle 202 ausgeführt wird, um eine Keilnut u.dgl. an einem Werkstück herzustellen, weist der Hauptsteuerteil 207 gemäß Fig. 10 einen (nicht dargestellten) Werkzeugsupport-Steuerteil an, ein Werkstück bei feststehender Drehwelle 202 auf der Basis des ablaufbereiten Programms XPRO1 zu bearbeiten. Wenn der Befehl an einen Werkzeugsupport-Steuerteil u.dgl. ausgegeben wird, bestimmt der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213, daß die auszuführende Bearbeitungsart ab dann CV1 ist, wie in Fig. 12 angegeben, d.h. (1) "Bearbeitung mit fester Drehwelle 202", auf der Basis des ablaufbereiten Programms ZPRO1, das aus dem Betriebsteil 217 ausgelesen wurde. Ferner leitet der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213 gemäß Fig. 10 das der festgestellten Bearbeitungsart CV1 entsprechende Hydrokraft-Schaltsignal ZS, d.h. ZS1 ab, indem er die Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 abruft, die aus dem Hydrokraft-Entscheidungstabellenspeicher 216 gemäß Fig. 12 ausgelesen wurde, und gibt das gewonnene Hydrokraft-Schaltsignal ZS1 an die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 ab.
Von den ersten, zweiten und dritten Wegesteuerventilen 220a, 220b, 220c gemäß Fig. 11 betätigt dann die Hydrokraft-Schalteinheit 220 das dritte Wegesteuerventil 220c aufgrund des Hydrokraft-Schaltsignals ZS1. Sodann wird das dritte Wegesteuerventil 220c mit Drucköl, dessen Druckwert ZP der eingestellte Wert ZP1 ist, von einer Hydraulikpumpe aus über die Leitung 220f, das erste Wegesteuerventil 220a, die Leitung 220i, das zweite Wegesteuerventil 220b und die Leitung 220k versorgt. Dabei wird der Druckwert ZP nicht verringert, und der eingestellte Wert ZP1 wird beibehalten, weil das dem dritten Wegesteuerventil 220c zugeleitete Drucköl nicht die ersten und zweiten Druckreduzierventile 220d und 220e durchströmt. Dann hält die Anlegeeinheit 223b der Scheibenbremse 223 gemäß Fig. 10 die Scheibe 223a mit großer, dem Druckwert ZP1 des zugeführten Drucköls entsprechender Kraft über die Beläge 223c, 223c fest (wobei die Klemmkraft der Anlegeeinheit 223b über das Klemmsteuerprogramm CPR gemäß Fig. 6 so gesteuert wird, daß die Drehwelle 202 wie vorstehend erläutert geklemmt wird), um die Selbsthaltefunktion der Drehwelle 202 zu verbessern.
Selbst wenn beim Fräsen eines Werkstücks (insbesondere mit schwerem Schnitt) mittels eines (nicht dargestellten) Werkzeugsupports in der Weise, daß der Werkzeugsupport über den Werkzeugsupport-Steuerteil u.dgl. entsprechend Fig. 1 nach rechts und links und in den durch die Pfeile C und D angegebenen Richtungen bei stillstehender Drehwelle 202 bewegt und angetrieben wird, beträchtliche Schnittkräfte auf die Drehwelle 202 einwirken, besteht keine Möglichkeit, daß die Drehwelle 202 in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen durch die Schnittkräfte gedreht wird. Aus diesem Grunde wird das Werkstück ratterfrei bearbeitet und eine Keilnut u.dgl. wird am Werkstück mit großer Genauigkeit hergestellt.
Falls ein Werkstück mit Steuerung der C-Achse bearbeitet wird, um an einem Werkstück eine Steuernut u.dgl. herzustellen, wobei sich die Drehwelle 202 in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen dreht, weist der Hauptsteuerteil 207 gemäß Fig. 10 die Drehwellenmotor-Steuerung 219, einen Werkzeugsupport-Steuerteil u.dgl. an, das Werkstück bei sich drehender Drehwelle 202 mit C-Achsen-Steuerung entsprechend dem ablaufbereiten Programm ZPRO1 zu bearbeiten. Bei der Abgabe des Befehls an den Werkzeugsupport-Steuerteil u.dgl., bestimmt der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213, auf der Basis des sich auf die dann auszuführende Schnittbewegung beziehenden Schritts, der in das ablaufbereite Programm ZPRO1 eingeschrieben ist, daß die Bearbeitungsart CV CV2 gemäß Fig. 12 ist, d.h. (2) "Bearbeitung mit drehender Drehwelle 202" und A. "Schruppen (große Schnittiefe)" F1. Und der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213 erhält das Hydrokraft-Schaltsignal ZS2, das der ermittelten Bearbeitungsart CV2 entspricht (A. "Schruppen (große Schnittiefe)"), indem er die Hydrokraft- Entscheidungstabelle ZT1 gemäß Fig. 12 abruft und das abgeleitete Schaltsignal ZS2 an die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 abgibt.
Sodann betätigt die Hydrokraft-Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 von den ersten, zweiten und dritten Wegesteuerventilen 220a, 220b, 220c gemäß Fig. 1 das erste und das dritte Wegesteuerventil 220a, 220c aufgrund des Hydrokraft-Schaltsignals ZS2. Sodann verbindet das erste Wegesteuerventil 220a die Leitungen 220h und 220i und das dritte Wegesteuerventil 220c verbindet die Leitungen 220k und 220m. Deshalb strömt das von einer Hydraulikpumpe geförderte Drucköl, dessen Druckwert ZP der eingestellte Wert ZP1 ist, über die Leitung 220f in das erste Druckreduzierventil 220d ein, um den Druckwert auf ZP2 (< ZP1) zu reduzieren. Unter diesen Bedingungen strömt das Drucköl, dessen Druckwert ZP ZP2 ist, aus dem ersten Druckreduzierventil 220d über die Leitung 220h, das erste Wegesteuerventil 220a, die Leitung 220i, das zweite Wegesteuerventil 220b und die Leitung 200k in das dritte Wegesteuerventil 220c ein, ohne das Druckreduzierventil 220e zu durchströmen. Und die Anlegeeinheit 223b der Scheibenbremse 223 gemäß Fig. 10 wird über das dritte Wegesteuerventil 220c und die Leitung 220m mit dem Drucköl versorgt, dessen Druckwert ZP ZP2 ist. Sodann hält die Anlegeeinheit 220b die Scheibe 223a entsprechend dem Druckwert ZP2 des zugeleiteten Drucköls mit geringerer Kraft fest als bei der vorstehend beschriebenen Bearbeitung mit feststehender Drehwelle 202. Aus diesem Grunde ist die Drehung der Drehwelle 202 in den von den Pfeilen ZA und ZB angegebenen Richtungen durch die Scheibenbremse 223 begrenzt, um die Selbsthaltefunktion zu verbessern.
Bei einer angenommenen Schrupparbeit an einem Werkstück mittels des in einem Werkzeugsupport eingespannten Werkzeugs, durch welche die Drehwelle 202 bei gesteuerter C-Achse in der durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtung gedreht wird, in welchem Fall die Schnittiefe groß ist, besteht folglich keine Möglichkeit, daß die Drehwelle 202 in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen durch die auf die Drehwelle 202 einwirkenden beträchtlichen Schnittkräfte unabsichtlich gedreht wird.
Falls ferner eine Schlichtbearbeitung an einem Werkstück bei sich drehender Drehwelle 202 nach dem Schruppen eines Werkstücks bei sich drehender Drehwelle 202 mit C-Achsen-Steuerung durchgeführt wird, weist der Hauptsteuerteil 207 gemäß Fig. 10 die Drehwellenmotor-Steuerung 219 u.dgl. an, die Bearbeitung, z.B. Fräsen, mit sich drehender Drehwelle 202 entsprechend dem ablaufbereiten Programm ZPRO1 durchzuführen. Sodann bestimmt der Bearbeitungs-Bestimmungsteil 213, ausgehend von dem aus dem Betriebsteil 217 ausgelesenen ablaufbereiten Programm ZPRO1, daß die ab dann auszuführende Bearbeitungsart CV CV2 gemäß Fig. 12 ist, d.h. (2) "Bearbeitung mit drehender Drehwelle 202" und B. "Schlichten (kleine Schnittiefe") F2 und leitet das Hydrokraft-Schaltsignal ZS ab, das der Bearbeitungsart CV2 entspricht (B. "Schlichten (kleine Schnittiefe)"), d.h. ZS3, indem er die Hydrokraft-Entscheidungstabelle ZT1 gemäß Fig. 12 abruft, die an die Hydrokraft- Schalteinheit 220 gemäß Fig. 10 abzugeben ist.
Sodann betätigt die Hydraulik-Schalteinheit 220 von den ersten, zweiten und dritten Wegesteuerventilen 220a, 220b, 220c gemäß Fig. 11 das zweite und das dritte Wegesteuerventil 220b, 220c aufgrund des Hydrokraft-Schaltsignals ZS3. Sodann verbindet das zweite Wegesteuerventil 220b die Leitungen 220j und 220k und das dritte Wegesteuerventil 220c verbindet die Leitungen 220k und 220m. Daher strömt das von einer Hydraulikpumpe geförderte Drucköl, dessen Druckwert ZP der eingestellte Druck ZP1 ist, über die Leitung 220f, das erste Wegesteuerventil 220a und die Leitung 220i in das zweite Druckreduzierventil 220e ein, ohne das Druckreduzierventil 220d zu durchströmen, um den Druckwert ZP auf ZP3 (< ZP2) zu reduzieren. Ferner strömt das Drucköl, dessen Druckwert ZP2 zu ZP3 wird, vom zweiten Druckreduzierventil 220e über die Leitung 220j, das zweite Wegesteuerventil 220b und die Leitung 220k in das dritte Wegesteuerventil 220c ein. Und die Anlegeeinheit 223b der Scheibenbremse 223 gemäß Fig. 10 wird über das dritte Wegesteuerventil 220c und die Leitung 220 m mit dem Drucköl versorgt, dessen Druckwert ZP ZP3 ist.
Sodann hält die Anlegeeinheit 223b die Scheibe 223a mit geringerer Kraft fest als bei der vorstehend beschriebenen Schruppbearbeitung, entsprechend dem Druckwert ZP3 des zugeführten Drucköls, um die Selbsthaltefunktion der Drehwelle 202 zu verbessern. Bei einer angenommenen Schlichtarbeit an einem Werkstück mittels eines in einem Werkzeugsupport eingespannten Werkzeugs, durch welche die Drehwelle 202 gedreht wird, in welchem Fall die Schnittiefe klein sein kann, besteht folglich keine Möglichkeit, daß die Drehwelle 202 in den durch die Pfeile ZA und ZB angegebenen Richtungen durch die auf die Drehwelle 202 einwirkenden Schnittkräfte gedreht wird. Daher werden an einem Werkstück eine Steuernut u.dgl. mit großer Genauigkeit hergestellt. Weil die Schnittiefe F klein ist und die auf die Drehwelle 202 wirkenden Schnittkräfte geringer sind als bei der vorstehend beschriebenen Schruppbearbeitung, ist dabei die Kraft zum Festhalten der Scheibe 223a der Anlegeeinheit 223b geringer.
Bei einem solchen Aufbau, bei dem eine Bremse, z.B. die Scheibenbremse 223, für die Drehwelle 202 vorgesehen ist und eine Bremsantrieb-Steuereinrichtung, z.B. die Hydrokraft- Steuereinheit 220, zum Betätigen und Steuern der genannten Bremse vorgesehen ist, betätigt und steuert die Bremsantrieb- Steuereinrichtung die Bremse entsprechend der ab dann durchzuführenden Bearbeitung mit der Möglichkeit, die Kraft zum Festhalten der Drehwelle 202 durch die Bremse zu ändern.
Im Falle der Fräsbearbeitung u.dgl. eines in der Drehwelle 202 eingespannten Werkstücks bei sich drehender Drehwelle 202 mit C-Achsen-Steuerung kann daher ein Werkstück mit großer Genauigkeit ohne Rattern in der Weise bearbeitet werden, daß die Bremsvorrichtung entsprechend der Bearbeitungsaufgabe betätigt und gesteuert wird, derart, daß die Selbsthaltefunktion der Drehwelle 202 stufenweise geändert wird. Beim Indexieren der Drehwelle 202 kann das Indexieren mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit durch Drehantreiben und Betätigen des direkt mit der Drehwelle 202 verbundenen Antriebsmotors 203 mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, ohne die Drehwelle 202 mit der Bremse festzuhalten.
Die vorliegende Erfindung wird vorstehend anhand von Ausführungsformen erläutert. Jedoch sind die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen nicht eingeschränkt, sondern beispielhaft. Und der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert und nicht durch die Beschreibung der Ausführungsformen begrenzt. Dementsprechend fallen alle Abwandlungen und Änderungen in den Ansprüchen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. Werkstückspindel-Steuereinheit, mit

- einer Werkstückspindel (19),

- einem Werkstückspindelmotor (17) von normalem Nennbetriebsdrehmoment, der zum Antreiben der genannten Werkstückspindel (19) mit der genannten Werkstückspindel (19) direkt verbunden ist,

- einer Drehwinkeldetektoreinrichtung (20) zum Feststellen des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel (19),

- einer Servosteuereinrichtung (16) zum Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel (19) durch Steuern des genannten Werkstückspindelmotors (17) in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung, und

- einer Klemmvorrichtung (11) zum Klemmen der genannten Werkstückspindel (19) in einem Haltzustand oder zum Drehen der genannten Werkstückspindel (19) unter Reibschluß mit Winkelkontrolle durch Anlegen an die genannte Werkstückspindel (19)

dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuereinrichtung umfaßt:

- eine Befehlseinrichtung (2) zum Anweisen der genannten Servosteuereinrichtung (16), zur Steuerung der Drehung der genannten Werkstückspindel (19) das Drehmoment des genannten Werkstückspindelmotors (17) unter das genannte normale Nennbetriebsdrehmoment herabzusetzen, während die genannte Klemmvorrichtung an der genannten Werkstückspindel (19) mit Klemmung anliegt.

2. Werkstückspindel-Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der die genannte Klemmvorrichtung umfaßt: eine Bremseinrichtung zum Bremsen der Drehung der genannten Werkstückspindel, eine Krafteinstelleinrichtung zum Einstellen in diskreten Stufen des von der genannten Klemmvorrichtung zur klemmenden Anlage an der vorhandenen Werkstückspindel benutzten Kraftbetrages, wobei die genannte Klemmvorrichtung eine Bremsscheibe aufweist, die auf der Werkstückspindel mit dieser drehfest angeordnet ist, und die genannte Bremseinrichtung so angeordnet ist, daß sie die genannte Bremsscheibe auf ihren beiden Seiten zu klemmen vermag.

3. Werkstückspindel-Steuereinheit nach Anspruch 2, bei der die genannte Bremseinrichtung zwei hydraulische Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder mit einer zugehörigen Rückstellfeder versehen ist und jeder auf einer entgegengesetzten Seite der genannten Bremsscheibe angeordnet ist, dabei jeder Zylinder dazu dient, einen zugehörigen Bremsklotz zum Bremsen der genannten Bremsscheibe zu betätigen.

4. Werkstückspindel-Steuereinheit nach Anspruch 2, bei der die genannte Klemmvorrichtung durch den Druck eines ihr zugeleiteten Betätigungsfluides betätigt wird, die genannte Krafteinstelleinrichtung eine Druckeinstelleinrichtung zum Einstellen in diskreten Stufen des Druckes des der genannten Klemmvorrichtung zugeleiteten genannten Betätigungsfluides aufweist, wobei die genannte Klemmvorrichtung mit der genannten Druckeinstelleinrichtung zum Zweck der Zuleitung des genannten Betätigungsfluides von ihr in Fluidverbindung steht.

5. Werkstückspindel-Steuereinheit nach Anspruch 4, bei der die genannte Druckeinstelleinrichtung umfaßt: ein Druckreduzierventil zum Vermindern des Druckes des von einer Betätigungsfluidquelle empfangenen Betätigungsfluides, ein erstes Ventil zum Wählen für die Zuleitung zur genannten Klemmvorrichtung entweder eines Betätigungsfluides von reduziertem Druck vom genannten Druckreduzierventil oder eines Betätigungsfluides von der Betätigungsfluidquelle, und ein zweites Ventil für die Versorgung der genannten Klemmvorrichtung mit Betätigungsfluid, nach Wahl durch das genannte erste Ventil, vom genannten ersten Ventil oder für die Nichtversorgung der genannten Klemmvorrichtung mit Betätigungsfluid.

6. Werkstückspindel-Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Versorgungseinrichtung zum Zuleiten eines reibungsvermindernden Fluids zur genannten Klemmvorrichtung.

7. Verfahren zum Steuern einer Werkstückspindel (19), in Verbindung mit einem Werkstückspindelmotor (71) von normalem Nennbetriebsdrehmoment, der zum Antreiben der genannten Werkstückspindel (19) mit der genannten Werkstückspindel (19) direkt verbunden ist, einer Drehwinkeldetektoreinrichtung (20) zum Feststellen des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel (19), einer Servosteuereinrichtung (16) zum Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel durch Steuern des genannten Werkstückspindelmotors (17) in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung (20), und einer Klemmvorrichtung (11) zum Klemmen der genannten Werkstückspindel (19) in einem Haltzustand oder zum Drehen der genannten Werkstückspindel (19) mit Reibschluß unter Winkelkontrolle durch Anlegen an die genannte Werkstückspindel (19),

mit den Arbeitsschritten:

- Klemmen der genannten Werkstückspindel (19) und des genannten Werkstückspindelmotors (17) mittels der genannten Klemmvorrichtung (11) durch Betätigen der genannten Klemmvorrichtung (11),

- Steuern des Drehwinkels der genannten Werkstückspindel (19) mittels der genannten Servosteuereinrichtung (16), während die genannte Klemmvorrichtung (11) in Abhängigkeit von einem Signal von der genannten Drehwinkeldetektoreinrichtung (20) an der genannten Werkstückspindel (19) und dem Werkstückspindelmotor (17) klemmend anliegt, derart, daß die genannte Werkstückspindel (19) in einer vorbestimmten Winkelstellung gehalten wird,

gekennzeichnet durch - die Reduzierung des Drehmomentes des genannten Werkstückspindelmotors (17) unter das normale Nennbetriebsdrehmoment des genannten Werkstückspindelmotors (17), wodurch ein Heißlaufen des genannten Werkstückspindelmotors (17) verhindert wird.

8. Verfahren zum Steuern einer Werkstückspindel nach Anspruch 7, ferner mit den Arbeitsschritten:

- Ausführen einer Bearbeitung am genannten, an der genannten Werkstückspindel aufgenommenen Werkstück, wenn das Drehmoment des genannten Werkstückspindelmotors unter das normale Nennbetriebsdrehmoment des genannten Werkstückspindelmotors herabgesetzt ist, und

- Aufheben der Drehmomentbegrenzung des genannten Werkstückspindelmotors und Lösen der klemmenden Anlage an der genannten Werkstückspindel nach Beendigung der Bearbeitung des genannten Werkstücks.