DE69030820T2

DE69030820T2 - Werkstückwechseleinrichtung

Info

Publication number: DE69030820T2
Application number: DE69030820T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Fanuc Mansion H Ikeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2010-12-12
Also published as: EP0593758A4; EP0593758B1; WO1991008851A1; JP2702575B2; DE69030820D1; JPH03190601A; EP0593758A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstückaustauschsystem, insbesondere für eine numerisch gesteuerte Drehbank mit mindestens zwei Spindelköpfen.
Bekanntlich wird für ein fortschrittliches Bearbeiten eines Werkstückes eine Drehbank mit vier Achsen, nämlich zwei Spindelköpfen und zwei Werkzeugachsen verwendet. Bei einer derartigen Drehbank wird das Werkstück in einem Einspannflitter des einen Spindelkopfes eingespannt und nach dem Beenden der Bearbeitung wird das Werkstück in einem Einspannfutter des anderen Spindelkopfes eingespannt, um dann die der bearbeiteten Seite gegenüberliegende Seite des Werkstückes zu bearbeiten.
Anhand der Zeichnung wird der Stand der Technik kurz erläutert. Die Fig. 4(a), (b) und (c) zeigen den Werkstückwechsel in einer CNC Drehbank mit zwei Spindelköpfen. Gemäß Fig. 4(a) ist ein Einspannfutter A2 am Spindelkopf A1 befestigt und hält das Werkstück 5. Nach Beendigung der Bearbeitung mit dem Werkzeug A3 wird der Spindelkopf B6 nahe an das Werkstück 5 herangeflihrt und wird das Werkstück 5 im Einspannflitter B7 am Spindelkopf B6 eingespannt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Einspannfutter A2 offen und der Spindelkopf B6 wird in die Bearbeitungsposition zurückgeführt, in der das Werkstück 5 vom Werkzeug 8 bearbeitet wird. In Fig. 4(b) ist das Werkstück 5 im Einspannfutter B7 des Spindelkopfes B6 eingespannt und in Fig. 4(c) ist ein Zustand dargestellt, in dem das Werkstück 5 nicht normal im Einspannfutter B7 des Spindelkopfes B6 sitzt.
Bei einem bekannten Werkstückwechselsystem einer konventionellen CNC Drehbank mit zwei Spindelköpfen erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes nicht mit der erforderlichen Genauigkeit, wenn beispielsweise ein Fremdkörper zwischen das Werkstück und das Einspannfutter gelangt, da das Werkstück bearbeitet wird, wie es vorliegt, auch wenn ein Spiel zwischen dem Werkstück und dem Einspannfutter vorhanden ist. Außerdem ergeben sich gelegentlich Probleme daraus, daß das Werkstück im Einspannfutter nicht korrekt eingespannt ist und bei der Bearbeitung herausfällt, bzw. Werkzeug und Werkstück treffen bei einem schnellen Vorschub aufeinander.
EP-A-188 109 offenbart ein Robotersteuersystem mit einem Servomotor zur Drehmomentbegrenzung. EP-A-3 35 659 offenbart ein Werkstückwechselsystem. DE-A-28 32 351 offenbart ein System mit einem Fehlerausgleich für ein Werkstück.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Wechseln eines Werkstückes in einer numerisch gesteuerten Drehbank mit mindestens zwei Spindelköpfen durch die im Patentanspruch 1 aufgelisteten Schritte gekennzeichnet.
So wird nach Abschluß der Bearbeitung des sich drehenden Werkstückes am ersten Spindelkopf der zweite Spindelkopf in eine Bearbeitungsposition verschoben, während der Servomotor für die Vorschubachse des zweiten Spindelkopfes mit einer Drehmomentbegrenzung belastet wird. Anschließend wird ein Fehler am Servomotor erfaßt und dann wird bestimmt, ob das Werkstück im zweiten Spindelkopf normal eingespannt worden ist. Abhängig davon, ob ein Fehler erfaßt worden ist oder nicht wird das Werkstück bearbeitet, wie es vorliegt oder es wird bearbeitet, nachdem es um eine Koordinate entsprechend dem erfaßten Fehler verschoben worden ist und die Drehbank wird durch eine Alarmgabe angehalten.
Die Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wechseln eines Werkstückes;
Fig. 2(a),(b) und (c) Schaubilder für den Werkstückwechsel in einer erfindungsgemäßen Ausfführungform;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer numerischen Steuerung des Ausführungsbeispiels; und
Fig. 4(a),(b) und (c) Schaubilder zur Darstellung des Werkstückwechsels in konventioneller Weise.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun als bestmögliche Ausführungsform im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert:
In der numerischen Steuerung CNC der Fig. 3 ist eine numerische Steuerung 10 dargestellt, die einen Prozessor 11 (CPU) mit einem Hauptsteuergerät aufweist. Der Prozessor 11 liest über einen Bus 21 in einem ROM 12 abgespeicherte Systemprogramme aus und steuert die numerische Steuerung 10 insgesamt mit den Systemprogrammen. Vorübergehende Rechendaten, Anzeigedaten o.ä. werden in einem RAM 13, nämlich einem SRAM abgespeichert. Kompensationswerte für das Bearbeitungswerkzeug und Steigungsfehler, NC Programme, Parameter o.ä. sind in einem CMOS 14 abgespeichert. Da CMOS 14 batteriegestützt ist (nicht in Fig. 3 dargestellt), und ein nicht flüchtiger Speicher ist, bleiben die vorgenannten Daten erhalten, auch wenn ein Energieausfall erfolgt.
Eine Schnittstelle 15 dient als Schnittstelle für eine externe Einrichtung 31, nämlich einem Papierstreifenleser, Locher, Leser/Locher u.ä. Das NC Programm wird vom Streifenleser ausgelesen und dann wird ein Verarbeitungsprogramm in der numerischen Steuerung 10 erzeugt und an den Locher ausgegeben.
Ein PMC (programmierbares Steuergerät) 16 ist in der CNC 10 enthalten und steuert die Bearbeitung mit einem Abfolgeprogramm, das mit Hilfe der Leiterdiagrammmethode erzeugt worden ist. So werden Befehlsausgänge für eine M, S und T Funktion vom Verarbeitungsprogramm in die nötigen Signale für die Bearbeitung mit Hilfe des Abfolgeprogramms konvertiert und gelangen über eine I/O-Einheit 17 zur Bearbeitungsmaschine. Magnetspulen werden von den Ausgangssignalen angesteuert, um ein hydraulisches Ventil, ein Druckluftventil, ein elektrisches Stellglied o. ä. zu betätigen. Ferner gelangen Signale eines Grenzschalters an der Maschine und eines Schalters an einem Maschinensteuerfeld über die I/O-Einheit zum Prozessor 11.
Eine grafische Steuerung 18 konvertiert digitale Daten, wie die laufende Position in jeder Achse, Alarm, Parameter, Bilddaten o.ä. in Bildsignale und gibt diese aus. Die Bildsignale werden zu einer Anzeige 26 einer CRT/MDI-Einheit 25 übertragen und dort angezeigt. Eine Schnittstelle 19 erhält Daten über eine Tastatur 27 in der Einheit 25 und überträgt diese zum Prozessor 11.
Eine Schnittstelle 20 ist an einen manuellen Impulsgenerator 32 angeschlossen und erhält dessen Impulse. Der Generator 32 ist auf dem Steuerfeld der Maschine angeordnet und wird dazu benutzt, die Maschinenteile manuell in die richtige Position zu führen.
Achsensteuerschaltungen 41 bis 44 erhalten Antriebsbefehle für jede Achse vom Prozessor 11 und liefern Befehlssignale an die Servoverstärker 51 bis 54. Diese erhalten also die Bewegungsbefehle für den Antrieb der Servomotoren 61 bis 64 für jede Achse. Ein Impulscodierer zum Erfassen der Positionen ist an den Servomotoren 61 is 64 vorgesehen und die Lagesignale des Impulscodierers werden als Impulskette zurückgeführt. Wenn nötig, kann als Lagesensor ein linearer Maßstab verwendet werden. Außerdem können Drehzahlsignale mit Hilfe einer F/V (Frequenz/Geschwindigkeit) Konvertierung des Impulszuges erzeugt werden. Man bemerkt, daß die Rückführleitung für die Lagesignale und eine Rückführleitung für Drehzahlsignale in Fig. 3 nicht dargestellt sind.
Die Servomotoren 61 und 62 bedienen eine Werkzeugachse A und einen Spindelkopf A und die Servomotoren 63 und 64 bedienen eine Werkzeugachse B und einen Spindelkopf B. Ferner ist eine Drehmomentbegrenzung im Servomotor 64 vorgesehen und wenn ein Werkstück im Spindelkopf A zum Spindelkopf B ausgetauscht werden soll, wird das Werkstück längs einer Vorschubachse zum Spindelkopf B verschoben und mit einem passenden Druck eingespannt. Sobald der Spindelkopf B das Werkstück einspannt wird jeglicher Fehler der Vorschubachse festgestellt. Dieser Fehler ist beispielsweise der Unterschied zwischen einer programmierten Lage des Spindelkopfes B und seiner tatsächlichen Lage und der Wert wird im Speicher abgespeichert. Wenn das Werkstück bearbeitet wird, so wird die Größe einer Koordinate der Verschiebung entsprechend dem gespeicherten Wert berücksichtigt. Der im Speicher abgelegte Fehlerwert wird berücksichtigt, bis der nächste Bearbeitungszyklus erfolgt.
Die Spindelsteuerschaltungen 71 und 72 erhalten einen Befehl für die Spindelrotation und einen Befehl für die Lage und speisen in die Spindelverstärker 81 und 82 ein Spindeldrehzahlsignal ein. Die Spindelverstärker 81 und 82 steuern die Spindelmotoren 91 und 92 mit dem Sollwert der Drehzahl an. Die Spindelmotoren 91 und 92 sind mit dem Spindelkopf A und dem Spindelkopf B über ein Getriebe oder einen Riemen (nicht dargestellt) verbunden.
Ferner sind Lagecodierer 101, 102 jeweils mit den Spindelmotoren 91 und 92 über ein Zahnrad oder einen Riemen (nicht dargestellt) verbunden. So rotieren die Lagecodierer 101 und 102 synchron mit dem Spindelkopf A bzw. B und erzeugen einen Rückführungsimpuls, der vom Prozessor 11 über eine Schnittstelle 101 gelesen wird. Die Werkzeugachsen A und B werden synchron zu den Spindelmotoren 91 und 92 vom Rückführimpuls verschoben und führen die Bearbeitung aus, beispielsweise einen Gewindeschneidvorgang.
Der erfindungsgemäße Werkstückwechselvorgang ist in Fig. 2 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 4 verwendet sind.
In Fig. 2(a) ist ein Werkstück 5 im Spannfutter A2 des ersten Spindelkopfes A1 eingespannt und wird bearbeitet. Der zweite Spindelkopf B6 verschiebt sich zum ersten Spindelkopf A1 hin. Zu diesem Zeitpunkt wird das am Spindelkopf B6 angebrachte Spannfutter B7 geöfffnet, um das Werkstück 5 einspannen zu können. Der Servomotor 64 verschiebt den Spindelkopf B6 mit einem belastenden Drehmomentgrenzwert.
In Fig. 2(b) spannt der Spindelkopf B6 das Werkstück 5 mit einem konstanten Druck infolge der Betätigung mit dem Drehmomentgrenzwert ein. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Fehler d (Restwert am Servo) des Servomotors 64 festgestellt werden. Wenn ein vorbestimmter Verschiebungsfehler, der beim Werkstückwechsel auftritt, als Null angesehen wird, so kann der Fehler d des Servomotores 64 als S angesehen werden, d.h. als Spiel zwischen dem Spindelkopf B6 und dem Werkstück 5. Wenn somit dieser Fehler d kleiner als der erste zulässige Wert ist, so wird das Einspannfutter B7 des Spindelkopfes B6 geschlossen und spannt gleichzeitig das Werstück 5 ein, worauf die Verschiebung in die Bearbeitungsposition erfolgt.
In Fig. 2(c) ist der Zustand dargestellt, in dem das Einspannfutter B7 am Spindelkopf B6, das das Werkstück 5 einspannt, in die anfängliche Bearbeitungsposition zurückgefahren ist.
Fig. 1 erläutert das erfindungemäße Verfahren, wobei die Ziffern hinterjedem Schritt S die Abfolge kennzeichnet.
(S1) Der Spindelkopf B ist in Warteposition.
(S2) Das Bearbeiten des Werkstückes im Spindelkopf A ist abgeschlossen.
(S3) Das Spannfutter B wird geöffnet.
(S4) Der Spindelkopf B wird verschoben, während gleichzeitig das Werkstück mit Konstantdruck eingespannt ist. Dabei ist ein Drehmomentgrenzwert, mit dem der Servomotor 64 belastet ist, eine Vorschubachse für den Spindelkopf B.
(S5) Ein Fehler d des Servomotors 64 wird festgestellt.
Jetzt wird ein erster zulässiger Fehler als d1 angesehen und ein zweiter zulässiger Fehler wird as d2 und das Verhältnis zwischen ersterem und letzterem wird als d1 < d2 bezeichnet. In diesem Zustand ist es nötig zu bestimmen, ob der Fehler d in der Vorschubachse größer als der zweite zulässige Fehlerwert d2 ist und wenn dies der Fall ist folgt Schritt (S10) und wenn der Wert kleiner ist, so folgt der Schritt (S6).
(S6) Das Einspannfutter B wird geschlossen und spannt gleichzeitig das Werkstück ein und wird dann zur Bearbeitungsposition zurückgefahren.
(S7) Es wird bestimmt, ob der Fehler d der Vorschubachse größer ist als der zulässige Fehlerwert d1. Ist dies der Fall, so folgt (S7) und wenn der Fehler kleiner ist, so folgt (S9).
(S8) Die Vorschubachse wird auf eine Koordinate entsprechend dem Fehler d verschoben. Anschließend wird dieser Verschiebungskoordinate gefolgt.
(S9) Die Bearbeitung des Werkstückes mit dem Spindelkopf D wird ausgeführt.
(S10) Ein Alarm wird angezeigt und die Maschine angehalten. Auch wenn zwei zulässige Werte wie d1 und d2 in der Beschreibung erläutert worden sind, so kann natürlich auch nur ein zulässiger Wert als d3 bestimmt werden und falls das Verhältnis d < d3 ist, so kann die Bearbeitung am Spindelkopf B ausgeführt werden, wenn dagegegen d > d3 ist, so folgt ein Alarm und Anzeige.
So ist erfindungsgemäß ein Werkstückwechselsystem einer CNC Drehbank mit zwei Spindelköpfen dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler in der Vorschubachse des Servomotors des zweiten Spindelkopfes erfaßt wird und die Bearbeitung des Werkstückes nur dann ausgeführt wird, wenn das Werkstück im zweiten Spindelkopf in genauer Position eingespannt ist, so daß sich eine sehr genaue Bearbeitung des Werkstückes ergibt.
Darüber hinaus kann ein Werkzeugbruch infolge eines ungenau eingespannten Werksstückes vermieden werden.

Claims

1. Verfahren zum Wechseln eines Werkstückes in einer numerisch gesteuerten Drehbank mit mindestens zwei Spindelköpfen (1,6), mit folgenden Schritten:

in einem ersten Spindelkopf (1) wird ein Werkstück (5) bearbeitet und

ein zweiter Spindelkopf (6) wird zum ersten Spindelkopf (1) hin bewegt und dabei ein Servomotor (64) belastet, der die Vorschubgeschwindigkeit des zweiten Spindelkopfes steuert,

gekennzeichnet durch:

der Servomotor (64) wird auf einen Zustand einer Drehmomentbegrenzung belastet;

nach Abschluß der Bewegung des zweiten Spindelkopfes (6) und Einspannen des Werkstückes (5) in den zweiten Spindelkopf (6) wird ein Vorschub- Achsenfehler erfaßt und

aus dem Vorschub-Achsenfehler wird bestimmt, ob das Werkstück (5) im zweiten Spindelkopf (6) normal eingespannt ist.

2. Verfahren zum Wechseln eines Werkstückes nach Anspruch 1, mit folgenden weiteren Schritten:

ein Bearbeiten des Werkstücks (5) wird wie bisher fortgesetzt, wenn der Fehler kleiner ist als ein erster zulässiger Wert,

das Werkstück (5) wird um eine Koordinate verschoben, die dem Fehler entspricht, wenn der Fehler größer als der zulässige Wert und kleiner als ein zweiter zulässiger Wert ist, und

Alarm wird gegeben, wenn der Fehler größer als der zweite zulässige Wert ist, und die numerisch gesteuerte Einrichtung wird angehalten.

3. Verfahren zum Wechseln eines Werkstückes nach Anspruch 2, bei dem das Werkstück (5) um eine Koordinate verschoben wird, die dem Fehler entspricht, wenn der Fehler größer ist als der erste zulässige Wert und kleiner als der zweite zulässige Wert ist und die Verschiebungsgröße um die Koordinate wird beim Bearbeiten des Werkstücks (5) ausgeführt.

4. Verfahren zum Wechseln eines Werkstückes nach Anspruch 1, bei dem die Bearbeitung wie bisher fortgesetzt wird, wenn der Fehler kleiner als ein dritter zulässiger Wert ist und Alarm wird angezeigt, wenn der Fehler größer als der dritte zulässige Wert ist, und die numerisch gesteuerte Einrichtung wird angehalten.