EP3571021A1 - Antriebssystem und dessen beurteilung - Google Patents

Antriebssystem und dessen beurteilung

Info

Publication number
EP3571021A1
EP3571021A1 EP18710351.0A EP18710351A EP3571021A1 EP 3571021 A1 EP3571021 A1 EP 3571021A1 EP 18710351 A EP18710351 A EP 18710351A EP 3571021 A1 EP3571021 A1 EP 3571021A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive system
machine
simulation
simulated
drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18710351.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Bretschneider
Maximilian Klaus
David Bitterolf
Carsten Hamm
Theo Reichel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3571021A1 publication Critical patent/EP3571021A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41885—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1671—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by simulation, either to verify existing program or to create and verify new program, CAD/CAM oriented, graphic oriented programming systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical 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
    • G05B19/4155—Numerical 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 programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32398—Operator controls setting, changing of setting, of different machines
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40318—Simulation of reaction force and moment, force simulation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/43—Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43166—Simulation of mechanical gear
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a drive system, in particular a machine tool, a robot or a production machine, as well as a method for assessing the drive system.
  • a machine such as a machine tool, a production machine or a robot
  • the operation of a machine is under ⁇ different framework conditions. Depending on these results in a utilization of the machine (eg: lathe, milling ⁇ machine, grinding machine, drill, robot, etc.).
  • a part program is executed, for example, in a control of the machine tool, which controls the movements of a tool in particular with pinpoint accuracy.
  • the parts ⁇ program in this case comprises a plurality of program instructions, the different actions of the controller or the machine tool can trigger.
  • Pro ⁇ program instructions that cause a relative movement of the tool relative to the workpiece along a predetermined path directly precisely.
  • program instructions which call, for example, a subroutine, a secondary movement or a cycle.
  • the latter usually parameters are also transferred, is further specified by the one to be executed by the machine tool machining or motion ⁇ process.
  • the controller is given parameters by the part program when calling a pocket-milling cycle, which determine the exact position and size of the bag to be milled.
  • the controller automatically generates the required path data for moving the tool relative to the workpiece.
  • Another example of a program instruction is the calling of a secondary movement in which only the start and end points are specified for the control be generated and the corresponding control path data so that the ste ⁇ rising tool is moved without collision from the initial point to the end point not with the workpiece in engagement.
  • Machine productivity can therefore be worthwhile - especially in mass production - to use optimized motion sequences or to optimize the utilization of the hardware.
  • the hardware concerns, for example, the drive system.
  • axes of the machine can represent part of the hardware .
  • An axle for example, has a Elek ⁇ tromotor and / or a power converter.
  • the calculation of optimized motion sequences takes place, for example, offline, ie outside the controller, since this requires a lot of computing power and is very time-consuming. Direct changes made to the machine changes to the part program find it hard to feed into the optimization ofhensab ⁇ runs in this procedure. This is an obstacle in the generation of time-optimized motion sequences and usually limits their use to mass production.
  • Motors or drives can be designed in a simplified consideration by specifying a load change.
  • the design of the engine based on the required torque, the required speed, the required speed and / or the required power, the design of the engine, the power supply, the power modules, the control components and / or the position detection made.
  • the design of the engine takes place, for example, with regard to:
  • US 2010/0082314 A1 discloses a simulation device and an analysis device for a mechatronic system. Based on a configuration by a user, the behavior of a drive system is predictable.
  • a design program can be used.
  • the design of one or more drives is particularly complex if it is multi-axis, as may be the case for example in machine tools and Robo ⁇ tern when the movement of an axis changes the position of another axis. This results in a mechanical interaction between the axes.
  • An object of the invention is to improve the drive system of a machine.
  • the design of the engine and / or a downstream component can be made more precise. In particular, a misdimensioning can be avoided. This concerns e.g. oversizing the drive or undersizing the drive.
  • an utilization of the drive system is simulated.
  • the drive system has ⁇ in particular three axes or more.
  • To simulate a drive profile is used, in which actual values of the drive system to be simulated, said simulated actual values are set in relation with Ver ⁇ equivalents.
  • the utilization can be based, for example, on a maximum torque Mmax, a maximum current Imax, a nominal torque Mnenn, a maximum torque Nmax, a thermal load I2t and / or a standardized mode of operation such as Sl, S2, S3, etc. are determined or he ⁇ calculates.
  • the utilization of, for example, the machine axes (axes) can be determined and / or optimized. This concerns in particular a given application which can be optimized.
  • the optimization is particularly automatic ⁇ table.
  • the part program is known for example from the programming of machine tools.
  • the part program is traversed to determine the utilization of a machine with a part program and it is checked based on measurement data, whether the machine provides the set dynamics. If the desired processing time is not reached, the dynamic demand is incrementally increased. Entwe ⁇ ⁇ one reaches the goal, or one reaches the limits of the drives (eg, current, torque, power, speed). For example, a limiting component can be determined and replaced by a higher-performance component.
  • a Virtual Ma ⁇ machine is used.
  • This virtual machine has ⁇ example, components, such as on a numerical control (NC), a drive and a machine model. These components can be for example in three successive stages simu ⁇ lose:
  • This simulation can be performed as part of a virtual production using a mechatronic model of the machine for customer applications are executed.
  • the application for the motor / drive design For the motor design, detailed statements can be made, especially in combination with a special NC program or movement sequence of the customer. The peculiarities of the motion control algorithms in the NC and the controlled drives are taken into account.
  • dynamics and thermals can be considered.
  • the concrete application of the customer is already considered by the virtual machine in the design.
  • the loading capacity utilization of the engine for example, for the typical An ⁇ application and not alone calculated by a theoretical load cycle.
  • the design of the motor / controlled drive with regard to statics, dynamics and thermals will be refined by simulation with a virtual machine, even in different expansion stages.
  • a virtual production can be used for the motor / drive design.
  • the Antriebssys ⁇ system to at least five axes.
  • machine tools which enable five-axis machining
  • the interaction of the different axes is complex even under consideration of different parts of programs, so that a preliminary Bear ⁇ processing of the drive system allows for its improvement.
  • the mechanics of the machine tool or the robot or the production machine can be adjusted.
  • the mechanics relate, for example, to their rigidity, their elasticity, the bearing capacity of bearings, etc.
  • the utilization of at least one of the axles is therefore used to design the machine tool or the robot or the production machine.
  • Machine in particular a machine tool, a robot or a production machine, whereby the simulated te actual value is an average value, whereby, depending on the average value, the design of the machine is changed.
  • a cycle relates in particular to a recurring BEWE ⁇ supply expiration of the axes of the machine.
  • the average value relates for example to a torque of a drive of a Oh ⁇ se.
  • the average value in particular allows ther ⁇ mix Evaluation of the cycle.
  • an NC program typical for a production of an object is predetermined, from which the drive can then be calculated, which is required to make the machining described in the NC program faster on a new machine.
  • the quality of the production or processing can be taken into account as a function of the speed.
  • an acceleration curve for a production cycle can be checked or ⁇ expects in order derived from it to make statements to Motorer stiir- tion in one axis, such as the x-axis.
  • ei ⁇ ne processing ophthalmic lenses can be viewed with linear direct drives, for example in order to simulate the required acceleration, and calculate the jerk, in order to draw conclusions to the engine.
  • the drive profile or a production can be adapted to existing hardware (eg motor and / or power converter). It can therefore be adapted to the possibilities or performance limits of an existing hardware, for example by reducing acceleration, so that in particular a current limit of a drive is not exceeded.
  • existing hardware eg motor and / or power converter
  • the Antriebssys ⁇ system on a plurality of axes The drive system relates, for example, to a numerically controlled machine tool (TM) with several axes (eg with three, four, five or more axes). Due to the simulation and any necessary corrections, it can be avoided, for example, that a too weakly dimensioned axis reduces the performance of an entire drive system.
  • TM numerically controlled machine tool
  • a utilization of at least one axis is simulated.
  • the axle has at least one motor or at least one motor-power converter combination.
  • machine parameters are used for the simulation. This is for example a transmission ratio of a transmission and / or a spindle ⁇ slope, etc. This improves the simulation.
  • mechanical properties are used for the simulation. This is for example a friction, a friction coefficient and / or a Temperaturko ⁇ efficient, etc. So the simulation is improved.
  • a machine parameter and a mechanical property are for simulating ver ⁇ turns. This also improves the simulation.
  • the comparison value is a maximum torque, a maximum speed, a maxi ⁇ male performance, a maximum current and / or a motor characteristic.
  • a cycle is simulated, with the cycle in particular being evaluated thermally.
  • the cycle is, for example, a machining cycle, a production cycle, a load cycle, etc.
  • a load ⁇ cycle is estimated, for example, which is intended to represent the greatest burden for one or more drives. It is now possible to carry out the design using a parts program and the maschinenspezi ⁇ fishing kinematic components. Especially with 5-axis or 6-axis machining, the highly dynamic compensatory movements occurring make it difficult to estimate a suitable load cycle.
  • the process is determined by means of the simu lation ⁇ which axis and which dynamic quantity during the course of the parts program for the dynamics be ⁇ bordering effect. To overcome the limitation, the corresponding axis is changed.
  • a determined limit or a plurality of as ⁇ determines the productivity of the machine.
  • Simulation can be used to determine how an expansion of the currently existing limitations has a positive effect on the manufacturing quality or the production time. For example, if the acceleration limit could be increased in one axis only a few per cent ⁇ so can significantly affect the total time of processing this. This must then be implemented in terms of mechanical engineering and control technology.
  • One step in this direction is, for example, showing the relevant limitation and establishing the connection. This is made possible by the studies shown. For example, you can do the following:
  • a torque-speed diagram for a machine tool with five or more interpolated axes is created. From this it can be determined which axis has a limiting effect.
  • a histogram of dynamic boundaries is created. From this it can be determined what limits the dynamics and countermeasures can be taken. For example, a higher power motor can be used.
  • the drive layout , the motor design, kinematic parameters and / or the mounting situation are optimized. This increases the efficiency.
  • the limiting axis and / or a limiting variable are determined for a large number of axes. The limiting axis or the begren ⁇ collapsing size can be then analyzed and parts of the Ma ⁇ machine be adapted to the detected limitation no longer exists.
  • the Antriebsaus ⁇ utilization for a particular part program based on the parameters of the machine can be automatically determined by a simulation of the advertising.
  • the utilization based on the reference variables is considered (disturbance variables such as machining forces and friction are neglected). This result can be a good approximation of the real Automatauslas ⁇ tung.
  • a load cycle is at ⁇ operating as the power section and motor characteristics and - compared limits. This applies, for example: • Maximum torque
  • a value for productivity and / or a value for a compassionsqua ⁇ formality be determined.
  • a robot as well as in a machine tool to increase productivity may relate to a raised stabili ⁇ hung the maximum possible speed of a motion ⁇ systems with multiple axes.
  • the production quality for example, the upper ⁇ surface quality of a workpiece may concern, which is machined by a tool.
  • increasing the speed can degrade the manufacturing quality.
  • it can be examined to what extent the determined limitations, in particular of axes or their drives, are decisive for the productivity of the machine.
  • Step before optimization (improvement) of the machine (machine tool, robot, a production machine, etc.)
  • ⁇ SUC gene is a demonstration of the relevant limits and the production of the connection. This is made possible by the investigations or simulations shown.
  • the process of trial and error can be automated.
  • iteration steps for optimization can be automated or automated.
  • the production of a workpiece is simulated.
  • the simulation takes into account which tool is provided for machining the workpiece (eg type of milling head, type of drill, wear of the tool, etc.).
  • a drive system which is in particular a machine tool or a production machine, has at least one axis, wherein a simulated utilization of the drive system based on a drive profile is set in relation to comparison values. For example, overloads and / or vulnerabilities can be detected.
  • this can be operated according to one of the methods described.
  • the latter has a simulation computer which is connected to the machine tool or production machine via the Internet in terms of data technology.
  • arithmetic work can be outsourced with great effort, in order not to influence the performance of the machine in an inadmissible way.
  • this has a plurality of simulation computers, wherein a computer is provided for linking simulation data of the plurality of simulation computers.
  • This network structure can improve the efficiency of the simulation.
  • 2 shows a load cycle of a Z-axis of a machine
  • 3 shows a jerk of the axes X, Y and Z of a machine
  • 6 shows a machine and 7 shows simulation steps.
  • FIG. 1 shows by way of example a load cycle 3 of a z-axis during the machining of an impeller wheel, wherein the load cycle relates to an acceleration torque of the z-axis.
  • Abscissa is the speed n_Mot an engine in 1 / min up ⁇ wear.
  • an acceleration torque M in Nm is plotted.
  • the point 8 for effective moment represents the istismeli ⁇ chen point of the cycle and is relevant for the thermal Bewer ⁇ processing of the cycle.
  • Shown is an upper S1-100K- line 6 and a lower S-100K line 7. Since the point 8 is di rectly ⁇ on the upper Sl-100K curve 6 is the interpretation ⁇ supply thermally critical and the use of a different motor should be considered.
  • Shown is fer ⁇ ner an upper S3-25% line 4 and a lower S3-25% line 5, which are not violated.
  • axes and their dynamic quantities can be determined become.
  • the simulation can be used to determine which axis and which dynamic variable (jerk, acceleration or velocity) has a limiting effect on the dynamics during the course of the part program.
  • a suitable representation can be made, for example, as a histogram, as shown by way of example in FIG.
  • a 3D representation 15 of a driven contour in a workpiece coordinate system shows a 3D representation 15 of a driven contour in a workpiece coordinate system.
  • a first green curve 16 represents, for example, the driven contour in the workpiece coordinate system, where red areas or areas 17 are marked in red, where a c-axis has a limiting effect.
  • the c-axis in this case represents a rotation property ⁇ se a machine tool.
  • FIG. 5 shows a drive profile 20.
  • a time t is plotted on an abscissa 18 and a path x 19 is plotted on an ordinate.
  • the drive system 22 has a first axis 23, a second axis 24 and a third axis 25.
  • the axles 23, 24 and 25 are each assigned a motor 26, 27 and 28 for driving.
  • the motors 26, 27 and 28 are each a power converter 29, 30 and 31 zugeord ⁇ net to power the respective motor 26, 27 and 28 with electrical energy.
  • the drive system 22 has a plurality of simulation computers 32, 33 and 34, wherein a computer 35 for linking simulation data of the plurality of simulation computers 32, 33, 34 is provided.
  • FIG. 7 shows simulation steps, are compared with values 41 after the simulation 44 simulated actual values 40 with respect ge ⁇ sets.
  • data from a part program 42a, machine parameters 43 and / or a drive profile 20a are used for the simulation.
  • the part program 42b can be modified automatically, so that after a new simulation the limits are at least less exceeded. The modification of the part program 42b also results in a different drive profile 20b.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Beurteilung eines Antriebssystems (22) einer Werkzeugmaschine (21) oder einer Produktionsmaschine (21), wobei das Antriebssystem (22) eine Achse (23, 24, 25) aufweist, wird eine Auslastung des Antriebssystems (22) simuliert, wobei zur Simulation ein Antriebsprofil (20) verwendet wird, wobei Istwerte des Antriebssystems (22) simuliert werden, wobei die simulierten Istwerte (40) mit Vergleichswerten (41) in Bezug gesetzt werden. Das Antriebssystems (22) weist zumindest eine Achse (23, 24, 25) auf, wobei eine simulierte Auslastung des Antriebssystems (22) auf Basis eines Antriebsprofils (20) mit zumindest einem Vergleichswert (41) in Bezug gesetzt ist.

Description

Beschreibung
Antriebssystem und dessen Beurteilung Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere das einer Werkzeugmaschine, eines Roboters oder einer Produkti¬ onsmaschine, sowie ein Verfahren zur Beurteilung des Antriebssystems . Der Betrieb einer Maschine, wie einer Werkzeugmaschine, einer Produktionsmaschine oder eines Roboters, unterliegt unter¬ schiedlichen Rahmenbedingungen. Abhängig von diesen ergibt sich eine Auslastung der Maschine (z.B.: Drehmaschine, Fräs¬ maschine, Schleifmaschine, Bohrmaschine, Roboter etc.). Zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine wird beispielsweise in einer Steuerung der Werkzeugmaschine ein Teileprogramm abgearbeitet, welches die Bewegungsabläufe eines Werkzeugs insbesondere punktgenau steuert. Das Teile¬ programm umfasst dabei eine Vielzahl an Programmanweisungen, die unterschiedliche Aktionen der Steuerung bzw. der Werkzeugmaschine auslösen können. So gibt es beispielsweise Pro¬ grammanweisungen, die direkt punktgenau eine Relativbewegung des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück entlang einer vorbestimmten Bahn bewirken. Es gibt aber auch Programmanweisun- gen, die beispielsweise ein Unterprogramm, eine Nebenbewegung oder einen Zyklus aufrufen. Bei den zuletzt genannten werden in der Regel Parameter mit übergeben, durch die ein von der Werkzeugmaschine auszuführender Bearbeitungs- bzw. Bewegungs¬ vorgang genauer spezifiziert wird. Beispielsweise werden der Steuerung durch das Teileprogramm beim Aufruf eines Taschen- Fräs-Zyklus Parameter zugeführt, welche die genaue Position und Größe der zu fräsenden Tasche bestimmen. Infolge der Pro¬ grammanweisung "Tasche fräsen" in Verbindung mit den entsprechenden Parametern generiert die Steuerung selbsttätig die erforderlichen Bahndaten zur Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück. Ein anderes Beispiel für eine Programmanwei¬ sung ist der Aufruf einer Nebenbewegung, bei welcher der Steuerung lediglich der Anfangs- und der Endpunkt vorgegeben werden und für die die Steuerung entsprechende Bahndaten generiert, so dass das nicht mit dem Werkstück in Eingriff ste¬ hende Werkzeug kollisionsfrei von dem Anfangspunkt zu dem Endpunkt bewegt wird.
Bei einer Serienfertigung kann es wichtig sein, dass die Bewegungsabläufe, die von der Werkzeugmaschine ausgeführt wer¬ den, optimiert sind, da nicht optimierte Bewegungsabläufe ei¬ nen erheblichen Zeit- und damit Kostenfaktor bei der Herstel- lung eines Werkstücks darstellen können. Zur Steigerung der
Maschinen-Produktivität kann es sich daher lohnen - insbesondere in einer Serienfertigung - optimierte Bewegungsabläufe einzusetzen, bzw. die Auslastung der Hardware zu optimieren. Die Hardware betrifft beispielsweise das Antriebssystem. Ach- sen der Maschine können beispielsweise einen Teil der Hard¬ ware darstellen. Eine Achse weist beispielsweise einen Elek¬ tromotor und/oder einen Stromrichter auf. Die Berechnung optimierter Bewegungsabläufe erfolgt beispielsweise offline, d.h. außerhalb der Steuerung, da dies viel Rechenleistung be- nötigt und sehr zeitaufwändig ist. Direkt an der Maschine vorgenommene Änderungen des Teileprogramms können bei dieser Vorgehensweise nur schwer in die Optimierung der Bewegungsab¬ läufe einfließen. Dies stellt ein Hindernis bei der Erzeugung zeitoptimierter Bewegungsabläufe dar und beschränkt in der Regel deren Einsatz auf die Großserienfertigung.
Motoren bzw. Antriebe können in einer vereinfachten Betrachtung durch Vorgabe eines Lastwechsels ausgelegt werden. Dabei wird ausgehend vom benötigten Drehmoment, von der benötigten Drehzahl, von der benötigten Geschwindigkeit und/der der benötigten Leistung die Auslegung des Motors, der Netzeinspeisung, der Leistungsmodule, der Regelungskomponenten und/oder der Lageerfassung vorgenommen. Die Auslegung des Motors erfolgt beispielsweise mit Hinblick auf :
• Mmax Maximalmoment • Imax Maximalstrom (Grundlage: Bewegte Ma
und gewünschte Beschleunigung amax)
• Mnenn Nenndrehmoment
• Nmax maximale Drehzahl
• I2t thermische Überlastung des Motors/
lers) und/oder
• S1,S2,S3 genormte Betriebsart
Die herangezogenen Größen, vor allem Massen und Belastbarkeit, hängen sehr stark von der Konstruktion der Maschine ab und sind zum Zeitpunkt der Motorprojektierung vielleicht noch nicht bekannt. Die Auslegung stützt sich deswegen dann bei¬ spielsweise auf Annahmen vom Kunden und bezieht Sicherheits¬ faktoren ein.
Aus der US 2010/0082314 AI sind eine Simulationseinrichtung und eine Analyseeinrichtung für ein mechatronisches System bekannt. Auf Basis einer Konfiguration durch einen Nutzer ist das Verhalten eines Antriebssystems vorhersagbar.
Zur Auslegung eines Antriebes, welcher beispielsweise eine Kombination aus Motor und Stromrichter aufweist, kann ein Auslegungsprogramm verwendet werden. Die Auslegung von einem oder mehreren Antrieben wird insbesondere dann komplex, wenn es sich um Mehrachsmaschinen handelt, wie dies beispielsweise bei Werkzeugmaschinen und Robo¬ tern der Fall sein kann, wenn die Bewegung einer Achse die Position einer weiteren Achse verändert. Es ergibt sich so ein mechanischer Wirkzusammenhang zwischen den Achsen.
In manchen Fällen sind die Daten zur Motor-/Antriebsauslegung ungenau. Dies betrifft beispielsweise die Auslegung von Ap¬ plikationen mit Linear- und Torquemotoren . Gerade aber mit diesen Direktantrieben soll gegebenenfalls an die Grenzen des Machbaren einer Applikation gegangen werden. In der Vergangenheit wurden Motoren bzw. Antriebe oft unnötig überdimensioniert (AngstZuschlag) . Diese Situation kann durch eine bessere Auslegungsmethode verbessert werden. So können bei¬ spielsweise folgende Probleme überwunden werden:
• Die projektierte Beschleunigung einer Maschine wird für eine typische Kundenapplikation nicht erreicht, da der durch die Mechanik der Maschine begrenzte Ruck dies nicht erlaubt;
• Die Antriebe werden bei einem speziellen Kundenprogramm überhitzt ;
· Eine Applikation wird nicht realisiert, da die Grobaus¬ legung falsche Vorhersagen liefert und/oder
• bei Fragen, die Maschinenmechanik, Bewegungsführung und Antriebsauslegung ganzheitlich betreffen, können Kunden nur unzureichend unterstützt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es das Antriebssystem einer Maschine zu verbessern. Dabei kann die Auslegung des Motors und/oder einer nachgeschalteten Komponente präziser vorgenommen werden. So kann insbesondere eine Fehldimensionierung vermieden werden. Dies betrifft z.B. eine Überdimensionierung des Antriebs oder eine Unterdimensionierung des Antriebs.
Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich nach einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und bei einem Antriebssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 14. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich beispielsweise nach den Ansprüchen 2 bis 13 bzw. 15 bis 17.
Bei einem Verfahren zur Beurteilung eines Antriebssystems ei- ner Werkzeugmaschine oder einer Produktionsmaschine, wobei das Antriebssystem eine Achse aufweist, wird eine Auslastung des Antriebssystems simuliert. Das Antriebssystem weist ins¬ besondere drei Achsen oder mehr auf. Zur Simulation wird ein Antriebsprofil verwendet, wobei Istwerte des Antriebssystems simuliert werden, wobei die simulierten Istwerte mit Ver¬ gleichswerten in Bezug gesetzt werden. Die Auslastung kann beispielsweise auf Basis eines Maximalmomentes Mmax, eines Maximalstroms Imax, eines Nennmomentes Mnenn, einer Maximal- drehzahl Nmax, einer thermischen Belastung I2t und/oder einer genormten Betriebsart wie Sl, S2, S3, etc. ermittelt bzw. er¬ rechnet werden. So kann beispielsweise bei Betrieb und/oder Entwicklung einer Maschine die Auslastung beispielsweise der Maschinenachsen (Achsen) ermittelt und/oder optimiert werden. Dies betrifft insbesondere eine gegebene Applikation die optimierbar ist. Die Optimierung erfolgt insbesondere automa¬ tisch. In einer Ausgestaltung des Verfahrens basiert das Antriebs¬ profil auf einem Teileprogramm. Das Teileprogramm ist beispielsweise aus der Programmierung von Werkzeugmaschinen bekannt . In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Ermittlung der Auslastung bei einer Maschine mit einem Teileprogramm das Teileprogramm abgefahren und es wird anhand von Messdaten überprüft, ob die Maschine die eingestellte Dynamik erbringt. Wenn die gewünschte Bearbeitungszeit nicht erreicht wird, dann wird die Dynamikanforderung schrittweise erhöht. Entwe¬ der man erreicht so das Ziel, oder man stößt an die Grenzen der Antriebe (z. B. Strom, Drehmoment, Leistung, Drehzahl) . So kann beispielsweise eine begrenzende Komponente ermittelt werden und durch eine Komponente höherer Leistung ersetzt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Virtuelle Ma¬ schine verwendet. Diese virtuelle Maschine weist beispiels¬ weise Komponenten wie eine numerische Steuerung (NC) , einen Antrieb und ein Maschinenmodell auf. Diese Komponenten lassen sich beispielsweise in drei aufeinanderfolgende Stufen simu¬ lieren :
• NC (mit idealen Antrieben und idealer Mechanik)
• NC + Antriebe (und idealer Mechanik)
· NC + Antriebe + FE-Modell (Finite Elemente Modell)
Diese Simulation kann im Rahmen einer virtuellen Produktion anhand eines mechatronischen Modells der Maschine für Kunden- applikationen ausgeführt werden. Hinzu kommt die Anwendung für die Motor/Antriebsauslegung. Für die Motorauslegung können detaillierte Aussagen vor allem in Kombination mit einem speziellen NC-Programm bzw. Bewegungsablauf des Kunden ge- troffen werden. Dabei werden die Eigenheiten der Algorithmen der Bewegungsführung in der NC und der geregelten Antriebe berücksichtigt. Dabei können Dynamik und Thermik betrachtet werden. Die konkrete Anwendung des Kunden wird durch die virtuelle Maschine bereits bei der Auslegung betrachtet. Die Be- lastung des Motors wird beispielsweise für die typische An¬ wendung und nicht alleine durch ein theoretisches Lastspiel berechnet. Durch Simulation mit einer virtuellen Maschine auch in unterschiedlichen Ausbaustufen wird die Auslegung des Motors/geregelten Antriebs hinsichtlich Statik, Dynamik und Thermik verfeinern. Eine virtuelle Produktion kann für die Motor-/Antriebsauslegung herangezogen werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist das Antriebssys¬ tem zumindest fünf Achsen auf. Bei Werkzeugmaschinen, welche eine Fünfachsbearbeitung ermöglichen, ist das Zusammenspiel der verschiedenen Achsen auch unter Berücksichtigung unterschiedlicher Teileprogramme komplex, so dass eine Vorabbear¬ beitung des Antriebssystems dessen Verbesserung ermöglicht. So kann beispielsweise vor dem Bau der Werkzeugmaschine oder eines Roboters oder einer Produktionsmaschine, abhängig von der Bearbeitung des Antriebssystems, mit einer Vielzahl von Achsen die Mechanik der Werkzeugmaschine oder des Roboters oder der Produktionsmaschine angepasst werden. Die Mechanik betrifft z.B. deren Steifigkeit, deren Elastizität, die Trag- fähigkeit von Lagern, etc. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird folglich die Auslastung zumindest einer der Achsen zur Auslegung der Werkzeugmaschine oder des Roboters oder der Produktionsmaschine verwendet. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Zyklus einer
Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, eines Roboters oder einer Produktionsmaschine simuliert, wobei der simulier- te Istwert ein Durchschnittswert ist, wobei, abhängig vom Durchschnittswert, die Auslegung der Maschine geändert wird. Ein Zyklus betrifft insbesondere einen wiederkehrenden Bewe¬ gungsablauf der Achsen der Maschine. Der Durchschnittswert betrifft beispielsweise ein Moment eines Antriebs einer Ach¬ se. Der Durchschnittswert ermöglicht insbesondere eine ther¬ mische Bewertung des Zyklus.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein für eine Pro- duktion eines Gegenstandes typisches NC-Programm vorgegeben, aus welchem sich dann der Antrieb berechnen lässt, welcher benötigt wird, um die im NC-Programm beschriebene Bearbeitung auf einer neuen Maschine schneller zu machen. Zusätzlich kann noch die Qualität der Produktion bzw. Bearbeitung in Abhän- gigkeit von der Schnelligkeit berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Beschleunigungsverlaufs für einen Produktionszyklus überprüft bzw. be¬ rechnet werden, um davon abgeleitet Aussagen zur Motorerwär- mung in einer Achse wie z.B. der x-Achse zu treffen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise ei¬ ne Bearbeitung von Brillengläsern mit Lineardirektantrieben betrachtet werden, um durch Simulation die erforderliche Be- schleunigung bzw. den Ruck zu berechnen, um hieraus Rückschlüsse auf den Motor zu ziehen.
Beispielsweise kann auch bei einer Portalfräsmaschine bzw. bei einer Formfräsmaschine bei herkömmlicher Auslegung durch eine starke Ruckbegrenzungen in den Achsen (dies betrifft das Antriebsprofil, da sich in diesem die virtuelle Maschine wie¬ derspiegeln lässt) die in der Motorprojektierung zugrunde gelegten max . Beschleunigungsangaben im Betrieb nicht erreicht werden (dies betrifft die Auslastung) . Durch die Simulation der virtuellen Maschine können die max. erreichbaren Ruckwerte berechnet und in der Motorauslegung berücksichtigt werden. Durch die Einsparung von Motor- und Kühlleistung besteht ein großes Potenzial zur Einsparung von Kosten. Beispielsweise kann es bei einer Bearbeitung auf einer Fräs¬ maschine mit Direktantrieben zur Überhitzung der Linearmotoren und in der Folge zum Ausfall der Antriebe in der x-Achse kommen. Mit Hilfe der Virtualisierung der Produktion bzw. der Produktionsmaschine (hier der Fräsmaschine) mit einer Virtua¬ lisierung der Direktantriebe, kann überprüft werden, ob durch das vorgegebene Bewegungsprofil des Teileprogramms, was durch ein Antriebsprofil repräsentiert sein kann, die Überhitzung erzeugt wurde. Hierzu kann einer oder eine Vielzahl folgender Schritte durchgeführt werden:
• Simulation des Teileprogramms mit den eingestellten Maschinendaten der NC-Steuerung;
• Berechnung der Sollverläufe für Position, Geschwindig- keit, Beschleunigung und/oder Kraft, und/oder
• auf Basis der Verläufe und/oder auf Basis eines oder
mehrerer Motormodelle Berechnung des Temperaturverlaufs im Motor während der Abarbeitung des konkreten Teileprogramms .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden simulierte Ist¬ werte zur Änderung des Antriebsprofils verwendet. So kann das Antriebsprofil bzw. eine Produktion z.B. an eine vorhandene Hardware (z.B. Motor und/oder Stromrichter) angepasst werden. Es kann also eine Anpassung an die Möglichkeiten bzw. Leistungsgrenzen einer vorhandenen Hardware z.B. durch eine Reduktion einer Beschleunigung, vorgenommen werden, damit insbesondere eine Stromgrenze eines Antriebs nicht überschritten wird .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist das Antriebssys¬ tem eine Vielzahl von Achsen auf. Das Antriebssystem betrifft beispielsweise eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine (WZM) mit mehreren Achsen (z.B. mit drei, vier, fünf oder mehr Achsen) . Durch die Simulation und die ggf. notwendigen Korrekturen, kann beispielsweise vermieden werden, dass eine zu schwach ausgelegte Achse die Performance eines gesamten Antriebssystems reduziert. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Auslastung zumindest einer Achse simuliert. Die Achse weist zumindest einen Motor oder zumindest eine Motor-Stromrichterkombination auf .
Durch die Digitalisierung, die Simulation, bzw. die Bereitstellung eines digitalen Zwillings kann eine Ermittlung und Optimierung der Antriebsauslastung für typische Anwendungen durchgeführt werden. Auch im Vorfeld einer Maschinenneuent- wicklung kann so die Auslastung der Achsen für eine typische Anwendung simuliert werden. Anhand dessen können die Antriebsauslegung und die kinematischen Eigenschaften der Maschinen optimiert werden. In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Simulation Maschinenparameter verwendet. Dies ist beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes und/oder eine Spindel¬ steigung, etc. Damit wird die Simulation verbessert. In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Simulation mechanische Eigenschaften verwendet. Dies ist beispielsweise eine Reibung, ein Reibkoeffizient und/oder ein Temperaturko¬ effizient, etc. Damit wird die Simulation verbessert. In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Simulation ein Maschinenparameter und eine mechanische Eigenschaft ver¬ wendet. Auch dies verbessert die Simulation.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist der Vergleichswert ein maximales Drehmoment, eine maximale Drehzahl, eine maxi¬ male Leistung, ein maximaler Strom und/oder eine Motorkennlinie .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Zyklus simu- liert, wobei der Zyklus insbesondere thermisch bewertet wird. Der Zyklus ist beispielsweise ein Bearbeitungszyklus, ein Produktionszyklus, ein Lastzyklus etc. Durch eine Betrachtung eines Zyklus bzw. durch die Betrachtung von Zyklen kann eine Optimierung der Auslastung erzielt werden. Bei der Antriebsauslegung einer neuen Maschine wird beispielsweise ein Last¬ zyklus geschätzt, der die größte Belastung für einen oder mehrere Antriebe darstellen soll. Es ist nun möglich, die Auslegung anhand eines Teileprogramms und der maschinenspezi¬ fischen kinematischen Komponenten durchzuführen. Insbesondere bei einer 5-Achs- oder 6-Achs-Bearbeitung machen es die dabei auftretenden hochdynamischen Ausgleichsbewegungen schwierig, einen passenden Lastzyklus zu schätzen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels der Simu¬ lation ermittelt, welche Achse und welche dynamische Größe während des Ablaufs des Teileprogramms für die Dynamik be¬ grenzend wirken. Um die Begrenzung zu überwinden, wird die entsprechende Achse geändert.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann untersucht werden, inwieweit eine ermittelte Begrenzung, oder eine Vielzahl da¬ von, bestimmend für die Produktivität der Maschine ist. Durch Simulation kann festgestellt werden, wie sich eine Aufweitung der aktuell vorhandenen Begrenzungen positiv auf die Herstellungsqualität oder die Herstellungsdauer auswirkt. Wenn z.B. die Beschleunigungsgrenze in einer Achse nur um wenige Pro¬ zent erhöht werden könnte, so kann sich dies deutlich auf die Gesamtzeit der Bearbeitung auswirken. Dies ist dann maschinenbaulich und steuerungstechnisch umzusetzen. Ein Schritt hierfür ist beispielsweise das Aufzeigen der relevanten Limitierung und das Herstellen des Zusammenhangs. Dies wird durch die gezeigten Untersuchungen möglich. Es kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
• Ermittlung der Antriebsauslastung anhand einer Simulation
• Durchführen zumindest einer oder mehrerer Optimierungs- möglichkeiten bei:
• der Antriebs- und Motorauslegung
• den kinematischen Parameter
• der Aufspannsituation • Automatische Ermittlung der begrenzenden Achse, bzw. der begrenzenden Größen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Drehmoment- Drehzahl-Diagramm für eine Werkzeugmaschine mit fünf oder mehr interpolierten Achsen erstellt. Hieraus kann ermittelt werden, welche Achse begrenzend wirkt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Histogramm dy- namischer Begrenzungen erstellt. Hieraus kann ermittelt werden, was die Dynamik begrenzt und es können Gegenmaßnahmen getroffen werden. So kann beispielsweise ein Motor höherer Leistung eingesetzt werden. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Antriebsausle¬ gung, die Motorauslegung, kinematische Parameter und/oder die Aufspannsituation optimiert. Dadurch ist die Effizienz steigerbar . In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden bei einer Vielzahl von Achsen die begrenzende Achse und/oder eine begrenzende Größe ermittelt. Die begrenzende Achse oder die begren¬ zende Größe kann danach analysiert werden und Teile der Ma¬ schine angepasst werden, damit die erkannte Begrenzung nicht mehr besteht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens, kann die Antriebsaus¬ lastung für ein bestimmtes Teileprogramm anhand der Parameter der Maschine automatisch durch eine Simulation bestimmt wer- den. Dabei wird insbesondere ausschließlich die Auslastung auf Grund der Führungsgrößen betrachtet (Störgrößen wie z.B. Bearbeitungskräfte und Reibung werden vernachlässigt) . Dieses Ergebnis kann eine gute Annäherung der realen Gesamtauslas¬ tung darstellen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Lastzyklus an¬ triebsweise mit den Leistungsteil- und Motorkennlinien und - Grenzen verglichen. Dies betrifft beispielsweise: • Maximales Drehmoment
• Maximale Drehzahl
• Maximale Leistung
• Maximaler Strom
· Maximale Kraft
• Maximale Geschwindigkeit
• S 1-Kennlinie.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden ein Wert für ei- ne Produktivität und/oder ein Wert für eine Herstellungsqua¬ lität ermittelt. Bei einem Roboter wie auch bei einer Werkzeugmaschine kann die Steigerung der Produktivität eine Erhö¬ hung der maximal möglichen Geschwindigkeit eines Bewegungs¬ systems mit mehreren Achsen betreffen. Bei einer Werkzeugma- schine kann die Herstellungsqualität beispielsweise die Ober¬ flächengüte eines Werkstücks betreffen, welches mittels eines Werkzeugs bearbeitet wird. So kann sich durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit die Herstellungsqualität verschlechtern. In einer Ausprägung des Verfahrens kann untersucht werden, inwieweit die ermittelten Begrenzungen, insbesondere von Achsen bzw. deren Antrieben, bestimmend für die Produktivität der Maschine sind. Durch Simulation kann ausprobiert werden, wie sich eine Aufweitung der aktuell vorhandenen Begrenzungen positiv oder negativ auf die Herstellungsqualität oder die Herstellungsdauer auswirkt. Wenn z.B. die Beschleunigungs¬ grenze in einer Achse nur um wenige Prozent erhöht werden könnte, so kann sich dies deutliche auf die Gesamtzeit der Bearbeitung auswirken. Dies kann dann maschinenbaulich und/oder steuerungstechnisch umgesetzt werden. In einem
Schritt vor einer Optimierung (Verbesserung) der Maschine (Werkzeugmaschine, Roboter, Produktionsmaschine, etc.) erfol¬ gen ein Aufzeigen der relevanten Limitierung und das Herstellen des Zusammenhangs. Dies wird durch die gezeigten Untersu- chungen bzw. Simulationen möglich.
Der Vorgang des Ausprobierens kann automatisiert werden. So sind Iterationsschritte zur Optimierung automatisierbar bzw. automatisiert. Hierzu wird insbesondere auch die Herstellung eines Werkstücks simuliert. Dabei wird bei der Simulation be¬ rücksichtigt, welches Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehen ist (z.B. Typ des Fräskopfes, Typ des Bohrers, Verschleiß des Werkzeugs, etc.) .
Ein Antriebssystem, welches insbesondere eine Werkzeugmaschine oder eine Produktionsmaschine ist, weist zumindest eine Achse auf, wobei eine simulierte Auslastung des Antriebssys- tems auf Basis eines Antriebsprofils in Bezug gesetzt ist mit Vergleichswerten. So können beispielsweise Überlasten und/ oder Schwachstellen erkannt werden.
In einer Ausgestaltung des Antriebssystems kann dieses nach einem der beschriebenen Verfahren betrieben werden.
In einer Ausgestaltung des Antriebssystems weist dieses einen Simulationsrechner auf, welcher über das Internet mit der Werkzeugmaschine oder der Produktionsmaschine datentechnisch verbunden ist. So können Rechenarbeiten mit hohem Aufwand ausgelagert werden, um die Performance der Maschine nicht in unzulässiger Weise zu beeinflussen.
In einer Ausgestaltung des Antriebssystems weist dieses eine Vielzahl von Simulationsrechnern auf, wobei ein Rechner zur Verknüpfung von Simulationsdaten der Vielzahl von Simulationsrechnern vorgesehen ist. Durch diese Netzstruktur kann die Effizienz der Simulation verbessert werden. Die Erfindung wird nachfolgend exemplarisch anhand von Aus¬ führungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Lastzyklus einer Z-Achse einer Maschine;
FIG 2 einen Lastzyklus einer Z-Achse einer Maschine; FIG 3 einen Ruck der Achsen X, Y und Z einer Maschine;
FIG 4 eine 3D-Darstellung einer gefahrenen Kontur;
FIG 5 ein Antriebsprofil;
FIG 6 eine Maschine und FIG 7 Simulationsschritte.
FIG 1 zeigt beispielhaft einen Lastzyklus 3 einer z-Achse bei der Bearbeitung eines Impellerrads dar, wobei der Lastzyklus ein Beschleunigungsmoment der z-Achse betrifft. Auf einer
Abszisse ist die Drehzahl n_Mot eines Motors in 1/min aufge¬ tragen. Auf einer Ordinate 2 ist ein Beschleunigungsmoment M in Nm aufgetragen. In keinem Punkt des Zyklus werden die Kennlinien und Grenzen des Motors und Leistungsteils ver- letzt. Die Grenzkennlinien für das Drehmoment, Leistung und Drehzahl liegen außerhalb des dargestellten Bereichs. Der Punkt 8 für ein effektives Moment stellt den durchschnittli¬ chen Punkt des Zyklus dar und ist für die thermische Bewer¬ tung des Zyklus relevant. Dargestellt ist eine obere S1-100K- Linie 6 und eine untere Sl-100K-Linie 7. Da der Punkt 8 di¬ rekt auf der oberen Sl-100K-Kennlinie 6 liegt ist die Ausle¬ gung thermisch kritisch und die Verwendung eines anderen Motors sollte in Betracht gezogen werden. Dargestellt ist fer¬ ner eine obere S3-25%-Linie 4 und eine untere S3-25%-Linie 5, welche nicht verletzt werden.
FIG 2 zeigt im Fortgang zu FIG 1 eine weitere Kurve 3, welche den Lastzyklus einer zur X-Achse nach FIG 1 zugehörigen Y- Achse bei der Bearbeitung des Impellerrads zeigt. In keinem Punkt des Zyklus werden die Kennlinien und Grenzen des Motors und Leistungsteils verletzt. Die Grenzkennlinien für das Drehmoment, Leistung und Drehzahl liegen außerhalb des darge¬ stellten Bereichs. Auch thermisch ist der Zyklus unkritisch, weil der Punkt 8 innerhalb des von den Kennlinien 4, 5, 6 und 7 vorgegebenen Bereichs liegt.
FIG 3 zeigt die prozentuale Häufigkeit des Auftretens eines Rucks bei drei Achsen: X 11, Y 12 und Z 13. Der Größe des Rucks ist auf der Abszisse 9 in m/s3 aufgetragen. Die Prozen- tuale Häufigkeit P des Auftretens des Rucks abhängig von des¬ sen Stärke ist jeweils auf der Ordinate 10 aufgetragen. Auf Basis einer Simulation können Achsen und deren dynamische Größen (Ruck, Beschleunigung oder Geschwindigkeit) ermittelt werden. So kann anhand der Simulation ermittelt werden, welcher Achse und welche dynamische Größe (Ruck, Beschleunigung oder Geschwindigkeit) während des Ablaufs des Teileprogramms für die Dynamik begrenzend wirkt. Eine geeignete Darstellung kann z.B. als Histogramm erfolgen, wie es beispielhaft in FIG 3 dargestellt ist. Gemäß der Darstellung ist durch Säulen 14 gezeigt, dass in vielen Fällen der Ruck der Z-Achse begrenzend wirkt. Mit dieser Methode können beispielsweise auch sehr einfach verschiedene AufSpannsituationen verglichen wer- den. Bei der 5-Achs-Bearbeitung müssen die kartesischen Achsen zusätzlich die Ausgleichsbewegungen aufbringen. Eine unauffällige Bahndynamik kann aufgrund der Kinematik hochdyna¬ mische Ausgleichsbewegungen hervorrufen. Der Zusammenhang zwischen Begrenzungen und Bearbeitungszeit ist nicht trivial und schwer zu bewerten. Hier helfen die obig beschriebenen Darstellungen :
• Drehmoment-Drehzahl-Diagramm für z.B. fünf Achsen (nicht dargestellt)
• Histogramm der dynamischen Begrenzungen über z.B. fünf Achsen (nicht dargestellt) .
FIG 4 zeigt eine 3D-Darstellung 15 einer gefahrenen Kontur in einem Werkstückkoordinatensystem. So kann beispielsweise auch in einer dreidimensionalen Darstellung der gefahrenen Kontur im Werkstückkoordinatensystem farblich überlagert dargestellt werden, welche Achse an der gekennzeichneten Stelle begrenzend wirkt. Eine erste grüne Kurve 16 stellt beispielsweise die gefahrene Kontur im Werkstückkoordinatensystem dar, wobei in Rot Stellen bzw. Flächen 17 markiert sind, wo eine c-Achse begrenzend wirkt. Die c-Achse stellt dabei eine Rotationsach¬ se einer Werkzeugmaschine dar.
FIG 5 zeigt ein Antriebsprofil 20. Auf einer Abszisse 18 ist eine Zeit t aufgetragen und auf einer Ordinate ist ein Weg x 19 aufgetragen.
FIG 6 zeigt eine Maschine 21, welche zumindest einen Teil ei¬ nes Antriebssystems 22 aufweist. Die Maschine 21 ist bei- spielsweise eine Werkzeugmaschine. Das Antriebssystem 22 weist eine erste Achse 23, eine zweite Achse 24 und eine dritte Achse 25 auf. Den Achsen 23, 24 und 25 ist jeweils ein Motor 26, 27 und 28 zum Antreiben zugeordnet. Den Motoren 26, 27 und 28 ist jeweils ein Stromrichter 29, 30 und 31 zugeord¬ net um den jeweiligen Motor 26, 27 und 28 mit elektrischer Energie zu speisen. Das Antriebssystem 22 weist eine Vielzahl von Simulationsrechnern 32, 33 und 34 auf, wobei ein Rechner 35 zur Verknüpfung von Simulationsdaten der Vielzahl von Si- mulationsrechnern 32, 33, 34 vorgesehen ist. Nach der Simulation und der automatischen Beurteilung, insbesondere der Erkennung von Überlasten, kann das Antriebssystem (z.B. durch leistungsstärkere Antriebe) und/oder auch ein Teileprogramm automatisch derart abgeändert werden, dass sich die Gesamt- leistungsfähigkeit des Antriebssystems erhöht.
FIG 7 zeigt Simulationsschritte, wobei nach der Simulation 44 simulierte Istwerte 40 mit Vergleichswerten 41 in Bezug ge¬ setzt werden. Zur Simulation werden beispielweise Daten aus einem Teileprogramm 42a, Maschinenparameter 43 und/oder ein Antriebsprofil 20a verwendet. Nach der Auswertung kann das Teileprogramm 42b automatisiert abgeändert werden, damit nach einer erneuten Simulation die Grenzwerte zumindest weniger überschritten werden. Durch die Abänderung des Teileprogramms 42b ergibt sich auch ein anderes Antriebsprofil 20b.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beurteilung eines Antriebssystems (22) einer Werkzeugmaschine (21) oder eines Roboters, wobei das An- triebssystem (22) zumindest drei Achsen (23,24,25) aufweist, wobei eine Auslastung des Antriebssystems (22) simuliert wird, wobei zur Simulation ein Antriebsprofil (20) verwendet wird, wobei Istwerte des Antriebssystems (22) simuliert wer¬ den, wobei die simulierten Istwerte (40) mit Vergleichswerten (41) in Bezug gesetzt werden, wobei eine Auslastung zumindest der drei Achsen (23,24,25) simuliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Antriebsprofil (20) auf einem Teileprogramm (42) basiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die simulierten Istwerte (40) zur Änderung des Antriebsprofils (20) verwendet werden .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aus¬ lastung zumindest einer der Achsen (23,24,25) zur Auslegung der Werkzeugmaschine (21) oder des Roboters, verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Zyk- lus der Werkzeugmaschine (21) oder des Roboters simuliert wird, wobei der simulierte Istwert (40) ein Durchschnittswert ist, wobei, abhängig vom Durchschnittswert, die Auslegung der Werkzeugmaschine (21) oder des Roboters geändert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Si¬ mulation Maschinenparameter (43) verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Vergleichswert (41) ein maximales Drehmoment, eine maximale Drehzahl, eine maximale Leistung, ein maximaler Strom, eine maximale Geschwindigkeit, eine maximale Kraft und/oder eine Motorkennlinie ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Zyklus simuliert wird, wobei der Zyklus insbesondere thermisch bewertet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei mittels der Simulation ermittelt wird, welche Achse (23,24,25) und welche dynamische Größe während des Ablaufs des Teilepro¬ gramms (42) für die Dynamik begrenzend wirkt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm für eine Werkzeugmaschine mit fünf oder mehr interpolierten Achsen (23,24,25) erstellt wird .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Histogramm dynamischer Begrenzungen erstellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Wert für eine Produktivität und/oder ein Wert für eine Her- Stellungsqualität ermittelt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei bei einer Vielzahl von Achsen (23,24,25) die begrenzende Achse und/oder eine begrenzende Größe ermittelt werden, wobei die Antriebsauslegung, die Motorauslegung, kinematische Parameter und/oder die Aufspannsituation optimiert werden.
14. Antriebssystems (22), insbesondere einer Werkzeugmaschine oder einer Produktionsmaschine (21), wobei das Antriebssystem (22) zumindest eine Achse (23,24,25) aufweist, wobei eine si¬ mulierte Auslastung des Antriebssystems (22) auf Basis eines Antriebsprofils (20) mit zumindest einem Vergleichswert (41) in Bezug gesetzt ist.
15. Antriebssystem (22) nach Anspruch 14, wobei ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführbar ist.
16. Antriebssystem (22) nach Anspruch 14 oder 15, mit einem Simulationsrechner (22), welcher über das Internet mit der Werkzeugmaschine oder der Produktionsmaschine (21) datentech¬ nisch verbunden ist.
17. Antriebssystem (22) nach Anspruch 16, mit einer Vielzahl von Simulationsrechnern (32,33,34), wobei ein Rechner (35) zur Verknüpfung von Simulationsdaten der Vielzahl von Simulationsrechnern (32,33,34) vorgesehen ist.
EP18710351.0A 2017-02-28 2018-02-26 Antriebssystem und dessen beurteilung Withdrawn EP3571021A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17158480.8A EP3367185A1 (de) 2017-02-28 2017-02-28 Antriebssystem und dessen beurteilung
PCT/EP2018/054643 WO2018158181A1 (de) 2017-02-28 2018-02-26 Antriebssystem und dessen beurteilung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3571021A1 true EP3571021A1 (de) 2019-11-27

Family

ID=58192200

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17158480.8A Withdrawn EP3367185A1 (de) 2017-02-28 2017-02-28 Antriebssystem und dessen beurteilung
EP18710351.0A Withdrawn EP3571021A1 (de) 2017-02-28 2018-02-26 Antriebssystem und dessen beurteilung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17158480.8A Withdrawn EP3367185A1 (de) 2017-02-28 2017-02-28 Antriebssystem und dessen beurteilung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200061832A1 (de)
EP (2) EP3367185A1 (de)
CN (1) CN110402188B (de)
WO (1) WO2018158181A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3796109A1 (de) * 2019-09-18 2021-03-24 Siemens Aktiengesellschaft System, vorrichtung und verfahren zur vorhersage von attributen einer anlage
WO2021056201A1 (zh) * 2019-09-24 2021-04-01 西门子股份公司 用于评估待部署系统的方法、设备和计算机可读存储介质
CN112859739B (zh) * 2021-01-15 2022-07-01 天津商业大学 一种数字孪生驱动的多轴数控机床轮廓误差抑制方法
CH718264B1 (de) * 2021-10-11 2022-11-30 Reishauer Ag Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Zustands einer Werkzeugmaschine.

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69122762T2 (de) * 1990-08-25 1997-05-15 Intelligent Automation Systems Programmierbare, umgruppierbare zufuhreinrichtung für werkstücke
CH693710A5 (de) * 1999-07-02 2003-12-31 Sig Pack Systems Ag Verfahren zum Picken und Plazieren von Stückgütern.
DE102004028559A1 (de) * 2004-06-15 2006-01-05 Abb Patent Gmbh Verfahren und System zur Verschleißabschätzung von Achsen eines Roboterarmes
US8255197B2 (en) * 2008-09-30 2012-08-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Simulation of tuning effects for a servo driven mechatronic system
US20140281712A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 General Electric Company System and method for estimating maintenance task durations
US9354651B2 (en) * 2013-08-28 2016-05-31 Rockwell Automation Technologies, Inc. Sizing and tuning methodology for optimized motion control components and energy efficiency
JP5908544B2 (ja) * 2014-08-11 2016-04-26 ファナック株式会社 駆動軸のジャークを低下させるロボットプログラムを生成するロボットプログラム生成装置
US20160098038A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-07 Rockwell Automation Technologies, Inc. Sizing and selection closer to the executing environment
US9821461B1 (en) * 2015-10-09 2017-11-21 X Development Llc Determining a trajectory for a walking robot to prevent motor overheating
TWI615693B (zh) * 2016-12-06 2018-02-21 財團法人資訊工業策進會 多軸機器手臂及其調整方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
THORSTEN SCHREINER ET AL: "The influence of CAD/CAM application driven tool path generation on the design process of electric drive trains for machine tools", ELECTRIC DRIVES PRODUCTION CONFERENCE (EDPC), 2012 2ND INTERNATIONAL, IEEE, 15 October 2012 (2012-10-15), pages 1 - 7, XP032322634, ISBN: 978-1-4673-3007-7, DOI: 10.1109/EDPC.2012.6425137 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110402188B (zh) 2023-07-25
CN110402188A (zh) 2019-11-01
EP3367185A1 (de) 2018-08-29
WO2018158181A1 (de) 2018-09-07
US20200061832A1 (en) 2020-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015004939B4 (de) Verfahren zum Optimieren der Produktivität eines Bearbeitungsprozesses einer CNC-Maschine
EP3571021A1 (de) Antriebssystem und dessen beurteilung
EP1894068B1 (de) Verfahren zur qualitätssicherung beim betrieb einer industriellen maschine
EP2138914B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung, Überwachung oder Analyse eines Prozesses
DE112015004920T5 (de) Computerimplementiertes Verfahren zur Teilanalytik eines Werkstücks, das von mindestens einer CNC- Maschine bearbeitet wird
EP3873703B1 (de) Rechnergestützte optimierung einer numerisch gesteuerten bearbeitung eines werkstücks
WO2007014832A1 (de) Verfahren und einrichtung zur bewegungsführung eines bewegbaren maschinenelements einer maschine
EP2176030A2 (de) Verfahren und anordnung zur instandhaltung von gasturbinenschaufeln
EP3396481A1 (de) Verfahren zur kompensation der fräserabdrängung
DE102011051392A1 (de) Werkzeug-anzeigevorrichtung mit verzögerungsfaktor-kennzeichnungsmittel für werkzeugmaschinen
WO2023011832A1 (de) Identifikation von modell-parametern für eine fertigungsmaschine sowie deren anwendung zum ermitteln optimierter trajektorien
EP2345511A2 (de) Steuerung für einen Manipulator
DE102018209044B3 (de) Kraftregelung eines Roboters
EP3518051A1 (de) Ermittlung einer strategie zur optimierung des betriebs einer bearbeitungsmaschine
WO2006032632A1 (de) Verfahren zum betrieb einer automatisierungseinrichtung bzw. vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP3955073A1 (de) Betreiben einer wenigstens zweiachsigen werkzeugmaschine
EP4162332B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bearbeiten eines werkstücks
WO2019219790A1 (de) Robotersteuerung
WO2007137886A1 (de) Einrichtung zur bewegungsführung eines maschinenelementes einer maschine
DE102016002933A1 (de) Verfahren zum Regeln eines Roboters und Roboter
EP3926421A1 (de) Verfahren und simulationsvorrichtung zur simulation einer produktionsmaschine
WO2019110244A1 (de) Abfahren einer vorgegebenen arbeitsbahn mit einem roboter
WO2006089899A2 (de) Verfahren zum übersetzen eines teileprogramms von einem interpreter einer steuereinrichtung
WO2019219795A1 (de) Steuern eines roboters
DE102007007601A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung eines Steuerprogramms aus Funktionsmodulen, mehrachsige Maschine, Verfahren und graphische Benutzerschnittstelle

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190820

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20210920

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20240504