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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Gewindeschneidmaschine, die einen Gewindeschneidvorgang durch den synchronen Betrieb eines Spindelmotors und eines Vorschubachsenmotors ausführt.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In der Regel umfasst eine Gewindeschneidmaschine ein Gewindeschneid-Werkzeug und einen Spindelkopf, der mit dem Gewindeschneid-Werkzeug bestückt ist und sich nach oben und unten bewegt. Das Gewindeschneid-Werkzeug dreht sich um eine Spindel, die von einem Spindelmotor angetrieben wird. Die Vorschubachse wird von einem Vorschubachsenmotor angetrieben, und der Spindelkopf bewegt sich entlang der Vorschubachse nach oben und unten.
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Das registrierte japanische Patent
JP 2629729 B2 offenbart eine Vorschubachse, die in ihrer Bewegung einer Spindel folgt. Ein Vorschubachsenbefehl und ein Korrekturwert werden abhängig von der Position der Spindel und der Steigung eines Gewindes erzeugt. Die geprüfte japanische Patentschrift
JP H03-43012 A offenbart ein System, das das Gewindeschneiden über eine Interpolationsschaltung (synchron mit einem Befehl) vornimmt. Zudem offenbart die ungeprüfte japanische Patentschrift
JP 2003-181722 A einen Synchronisierfehler, der gespeichert wird. Die Positionsbefehlsdaten werden mit Hilfe des gespeicherten Synchronisierfehlers korrigiert.
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Das registrierte japanische Patent
JP 3097181 B2 offenbart das Berechnen von Vorschubbeschleunigungen und Gesamtbeschleunigungen aus der Drehposition der Spindel sowie der Vorschubabweichung davon und aus der Vorschubabweichung des Vorschubachsenmotors. Sie erzeugt einen Drehbefehlswert abhängig davon und von der Steigung des Gewindes, sie erzeugt einen Drehungskorrekturwert aus der Vorschubposition abhängig von der Steigung des Gewindes, und sie steuert einen Spindelmotor abhängig von dem Drehbefehlswert an, der mit dem Drehungskorrekturwert korrigiert ist.
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Im Fall des Systems, bei dem der Gewindeschneidvorgang so vorgenommen wird, dass die Vorschubachse der Spindel folgt, ändert sich die Präzision der Synchronisierung abhängig von dem Ansprechen der Vorschubachse. Es treten keine Schwierigkeiten auf, falls man der Verstärkung der Vorschubachse einen sehr großen Wert geben kann. Es gibt jedoch Fälle, in denen es nicht zulässig ist, der Verstärkung der Vorschubachse einen so großen Wert zu geben. In diesem Fall verzögert sich das Ansprechen der Vorschubachse, wenn sich die Spindel rückwärts dreht. Dadurch nimmt der Synchronisierfehler zu. Weder das registrierte japanische Patent
JP 2629729 B2 noch die geprüfte japanische Patentschrift
JP H03-43012 A noch die ungeprüfte japanische Patentschrift
JP 2003-1 81 722 A noch das registrierte japanische Patent
JP 3097181B2 offenbaren, wie der Synchronisierfehler verringert wird, wenn sich die Spindel rückwärts dreht.
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Die
US 6 111 382 A offenbart eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Gewindescheidvorrichtung mit einem Zufuhrmotor zur Zufuhr einer Spindel in einer axialen Richtung. Bei einer asynchrone Steuerung zum Bohren werden die Drehung des Zufuhrmotors und des Spindelmotors unabhängig voneinander gesteuert und bei einer synchronen Steuerung zum Gewindeschneiden werden die Motoren synchron zueinander gesteuert.
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Die Erfindung erfolgte hinsichtlich der genannten Umstände und hat die Aufgabe, eine Gewindeschneidmaschine bereitzustellen, bei der ein Synchronisierfehler zwischen der Spindel und der Vorschubachse auch dann verringert wird, wenn es unzulässig ist, die Verstärkung der Vorschubachse auf einen sehr großen Wert einzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zum Erfüllen der genannten Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform eine Gewindeschneidmaschine bereitgestellt, umfassend:
einen Spindelmotor, der ein Gewindeschneid-Werkzeug um eine Spindel dreht;
eine Drehwinkel-Detektoreinheit, die den Drehwinkel des Spindelmotors oder der Spindel erfasst;
einen Vorschubachsenmotor, der eine Vorschubachse antreibt, an der das Gewindeschneid-Werkzeug befestigt ist;
eine Positionsdetektoreinheit, die die Position des Vorschubachsenmotors oder der Vorschubachse erfasst;
eine Bewegungsbefehlswert-Erzeugungseinheit, die einen Bewegungsbefehlswert für den Spindelmotor erzeugt;
eine Spindelregelungseinheit, die den Spindelmotor abhängig von einer Positionsabweichung zwischen dem Bewegungsbefehlswert, den die Bewegungsbefehlswert-Erzeugungseinheit erzeugt, und dem Drehwinkel absteuert, den die Drehwinkel-Detektoreinheit erfasst;
eine Vorschubachsen-Synchronisierbefehlswert-Erzeugungseinheit, die einen Bewegungsbefehlswert für die Vorschubachse abhängig von dem erfassten Drehwinkel und einer Gewindesteigung des Gewindeschneid-Werkzeugs erzeugt; und
eine Vorschubachsen-Regelungseinheit, die den Vorschubachsenmotor abhängig von einer Positionsabweichung zwischen dem Bewegungsbefehlswert, den die Vorschubachsen-Synchronisierbefehlswert-Erzeugungseinheit erzeugt, und dem Positionswert, den die Positionsdetektoreinheit erfasst, ansteuert, damit der Gewindeschneidvorgang durch den synchronen Betrieb des Spindelmotors und der Vorschubachse erfolgt, wobei die Gewindeschneidmaschine zudem eine Spindelumkehr-Detektoreinheit umfasst, die den rückwärts laufenden Betrieb der Spindel während des Gewindeschneidvorgangs erkennt; und
eine Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit, die eine Umkehrkorrekturgröße zum Verbessern des Nachlaufverhaltens im Umkehrbetrieb der Vorschubachse erzeugt, wenn die Spindelumkehr-Detektoreinheit den Umkehrbetrieb der Spindel erkennt;
wobei, wenn die Spindelumkehr-Detektoreinheit den Umkehrbetrieb erkennt, die von der Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit erzeugte Umkehrkorrekturgröße zu dem Geschwindigkeitsbefehl in einer Geschwindigkeitsregelschleife der Vorschubachsen-Regelungseinheit oder zu einem Integrierer der Geschwindigkeitsregelschleife addiert wird.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die auf der ersten Ausführungsform aufbaut, erkennt die Spindelumkehrbetrieb-Detektoreinheit den Umkehrbetrieb der Spindel, wenn die tatsächliche Bewegungsgröße der Spindel oder des Spindelmotors, die in einer vorbestimmten Regelperiode überwacht wird, nicht null ist und ein Vorzeichen aufweist, das sich von dem Vorzeichen der tatsächlichen Bewegungsgröße beim vorhergehenden Vorgang unterscheidet.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform, die auf der ersten oder zweiten Ausführungsform aufbaut, wird der Umkehrkorrekturgröße über eine vorbestimmte Zeitperiode ein vorbestimmter Wert zuaddiert.
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Gemäß einer vierten Ausführungsform, die auf der ersten oder zweiten Ausführungsform aufbaut, wird ein Anfangswert der Umkehrkorrekturgröße abhängig von einem Drehmomentbefehl vom Zeitpunkt unmittelbar vor dem Umkehrbetrieb des Vorschubachsenmotors oder abhängig von dem Integrierer berechnet, wobei die Umkehrkorrekturgröße abhängig von dem Drehmomentbefehl nach dem Umkehrbetrieb des Vorschubachsenmotors abnimmt, abhängig vom Integrierer der Geschwindigkeitsschleife, oder abhängig von der Bewegungsentfernung des Vorschubachsenmotors.
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Gemäß einer fünften Ausführungsform, die auf der ersten oder zweiten Ausführungsform aufbaut, ändert sich die Umkehrkorrekturgröße proportional zu einem Synchronisierfehler zwischen der Spindel und dem Vorschubachsenmotor.
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Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt:
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1 eine Skizze einer Gewindeschneidmaschine gemäß der Erfindung;
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2 ein Funktionsblockdiagramm der Gewindeschneidmaschine in 1;
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3 ein Flussdiagramm für den Betrieb einer Gewindeschneidmaschine, die auf der Erfindung beruht;
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4A einen ersten Ausschnitt einer Geschwindigkeits-Regelungseinheit in größerem Maßstab;
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4B einen zweiten Ausschnitt der Geschwindigkeits-Regelungseinheit in größerem Maßstab;
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5 eine Skizze einer zeitabhängigen Darstellung der Geschwindigkeit einer Spindel, der Geschwindigkeit einer Vorschubachse und der Umkehrkorrekturgröße;
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6 eine dritte vergrößerte Ansicht der Geschwindigkeits-Regelungseinheit in vergrößertem Maßstab;
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7 eine zeitabhängige Darstellung des Drehmomentbefehls, der keine Schwerkraftkomponente enthält, und der Umkehrkorrekturgröße;
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8 eine zeitabhängige Darstellung der Positionsdaten der Vorschubachse und der Umkehrkorrekturgröße;
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9 eine zeitabhängige Darstellung des Synchronisierfehlers und der Umkehrkorrekturgroße;
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10A eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Spindel und der Zeit gemäß der Erfindung;
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10B eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem Synchronisierfehler und der Zeit, falls keine Umkehrkorrektur vorhanden ist; und
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10C eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem Synchronisierfehler und der Zeit, falls eine Umkehrkorrektur vorhanden ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Teile tragen gleiche Bezugszeichen. Zur Vereinfachung sind die Zeichnungen nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Skizze einer Gewindeschneidmaschine, die auf der Erfindung beruht. Die Gewindeschneidmaschine 1, siehe 1, besteht hauptsächlich aus einer Gewindeschneideinheit 2 und einer CNC 10, die den Betrieb der Gewindeschneideinheit 2 steuert.
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Die Gewindeschneideinheit 2 umfasst einen Sockel 3, der mit einer Kugelumlaufspindel 6 versehen ist, durch die ein Gleitstück 7 nach oben und unten bewegt wird. Der Spindelkopf 4 ist mit dem Gleitstück 7 gekoppelt, und der Spindelkopf 4 besitzt ein Gewindeschneid-Werkzeug 5, das am Ende des Kopfs angebracht ist. Wie dargestellt ist ein Spindelmotor 21 an der Oberseite des Spindelkopfs 4 angeordnet, und der Spindelmotor 21 dreht das Gewindeschneid-Werkzeug 5 um eine Spindel 8.
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In ähnlicher Weise ist ein Vorschubachsenmotor 31 mit der Kugelumlaufspindel 6 verbunden. Treibt der Vorschubachsenmotor 31 die Kugelumlaufspindel 6 an, so wird das Gleitstück 7 entlang der Kugelumlaufspindel 6 zusammen mit dem Spindelkopf 4 nach oben und unten vorgeschoben. Der Spindelmotor 21 und der Vorschubachsenmotor 31 werden gemäß den Koordinatensystemen betätigt, die für sie eingerichtet wurden.
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Zudem ist am Spindelmotor 21 ein Geber 22 angebracht, der den Drehwinkel der Spindel 8 des Spindelmotors 21 in jeder vorbestimmten Regelperiode erfasst. In ähnlicher Weise erfasst ein Geber 32, der am Vorschubachsenmotor 31 angebracht ist, die Vorschubposition des Spindelkopfs 4 auf der Kugelumlaufspindel 6 in jeder vorbestimmten Regelperiode abhängig von der Drehung der Abtriebswelle des Vorschubachsenmotors 31. Damit nehmen der Geber 22 und der Geber 32 die Rolle einer Drehwinkel-Detektoreinheit und einer Vorschubpositions-Detektoreinheit ein. Die Werte, die die Geber 22 und 32 erfassen, siehe 1, werden in die CNC 10 eingegeben.
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2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm der Gewindeschneidmaschine in 1. Die CNC 10 ist ein digitaler Computer und umfasst, siehe 2, hauptsächlich eine Speichereinheit 11, eine Bewegungsbefehls-Erzeugungseinheit 12, die einen Bewegungsbefehlswert CP1 für den Spindelmotor 21 erzeugt, eine Spindelregelungseinheit 20, die den Spindelmotor 21 regelt, und eine Vorschubachsen-Regelungseinheit 30, die den Vorschubachsenmotor 31 regelt.
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Die Speichereinheit 11 ist eine Kombination aus einem ROM und einem RAM. Das ROM in der Speichereinheit 11 speichert eine Gewindesteigung STP des Gewindeschneid-Werkzeugs 5 zusätzlich zu einem Arbeitsprogramm der Gewindeschneideinheit 2. Die Gewindesteigung STP bezeichnet den Abstand von einem Gewindegang zu einem benachbarten Gewindegang. Im RAM in der Speichereinheit 11 sind vorübergehend verschiedene Daten zum Erzeugen eines Befehlswerts abgelegt.
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Die Spindelregelungseinheit 20, siehe 2, enthält eine erste Positionsabweichungs-Erzeugungseinheit 23, die eine erste Positionsabweichung ΔP1 erzeugt, indem sie den vom Geber 22 erfassten Drehwinkelwert DA vom Bewegungsbefehlswert CP1 für den Spindelmotor 21 subtrahiert, den die Bewegungsbefehls-Erzeugungseinheit 12 liefert, und sie enthält eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 24, die die erste Positionsabweichung ΔP1 mit einer Positionsverstärkung multipliziert, damit ein Geschwindigkeitsbefehl (Drehzahlbefehl) erzeugt wird. Zudem gibt sie einen Drehmomentbefehl aus, der von dem Geschwindigkeitsbefehl abhängt. Der auf diese Weise erzeugte Drehmomentbefehl wird über einen Servoverstärker 25 an den Spindelmotor 21 ausgegeben, damit der Spindelmotor 21 betrieben wird.
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Zudem umfasst die Vorschubachsen-Regelungseinheit 30 eine Synchronisierbefehlswert-Erzeugungseinheit 33, die einen Synchronisierbefehlswert für die Vorschubachse abhängig von dem erfassten Drehwinkelwert DA und der Gewindesteigung STP erzeugt, und eine Spindelumkehr-Detektoreinheit 34, die den Umkehrbetrieb des Spindelmotors 21 der Spindel 8 erfasst. In der Erfindung arbeitet die Vorschubachse abhängig von der Betriebsumkehr der Spindel 8. Zudem enthält die Vorschubachsen-Regelungseinheit 30 eine Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35, die eine Umkehrkorrekturgröße zum Verbessern der Nachlaufeigenschaften im Umkehrbetrieb der Vorschubachse erzeugt.
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Zudem enthält die Vorschubachsen-Regelungseinheit 30 eine zweite Positionsabweichungs-Erzeugungseinheit 36, die eine zweite Positionsabweichung ΔP2 erzeugt, und zwar durch Subtrahieren des Vorschubpositionswerts DP, den der Geber 32 erfasst, von Synchronisierbefehlswert, den die Synchronisierbefehlswert-Erzeugungseinheit 33 erzeugt, und sie enthält eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 37, die die zweite Positionsabweichung ΔP2 mit einer Positionsverstärkung multipliziert, damit ein Geschwindigkeitsbefehl erzeugt wird. Sie erzeugt zudem einen Drehmomentbefehl für den Vorschubachsenmotor 31, der auf dem Geschwindigkeitsbefehl beruht, und sie enthält eine Stromregelungseinheit 38, die den elektrischen Strom, der in den Vorschubachsenmotor 31 fließt, abhängig vom Drehmomentbefehl regelt. Die Stromregelungseinheit 38 regelt den Vorschubachsenmotor 31 über einen Servoverstärker 39.
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3 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb einer Gewindeschneidmaschine, die auf der Erfindung beruht. Die Arbeitsweise der Gewindeschneidmaschine wird nun anhand von 3 beschrieben.
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Zunächst wird im Schritt S100 in 3 geprüft, ob die Spindel 8 im umgekehrter Richtung arbeitet. Der Umkehrbetrieb wird von der Spindelumkehr-Detektoreinheit 34 in 2 erkannt. Im Weiteren wird das Erfassen des Umkehrbetriebs konkret beschrieben. Man kann den Umkehrbetrieb natürlich auch mit einem Verfahren erkennen, das sich vom Verfahren nach 3 unterscheidet.
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Der Geber 22 erfasst den Drehwinkel des Spindelmotors 21 oder der Spindel 8 für jede vorbestimmte Regelperiode. Im Schritt S101 wird die Geschwindigkeit Vm0 des Spindelmotors 21 oder der Spindel 8 berechnet, die mit einem Vorzeichen versehen ist, und zwar abhängig von den erfassten Drehwinkelwerten DA, die der Reihe nach in die Spindelumkehr-Detektoreinheit 34 eingegeben werden. Man kann eine Anzahl der letzten in einer vorbestimmten Regelperiode erfassten Drehwinkelwerte DA verwenden. Die berechnete Geschwindigkeit Vm0 wird in der Speichereinheit 11 abgelegt.
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Im Schritt S102 wird festgestellt, ob die Geschwindigkeit Vm0 den Wert null hat. Hat die Geschwindigkeit Vm0 den Wert null, so arbeitet der Spindelmotor 21 bzw. die Spindel 8 nicht im Umkehrbetrieb; daher wird die Routine beendet.
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Hat dagegen die Geschwindigkeit Vm0 nicht den Wert null, so geht die Routine zum Schritt S103 über. Im Schritt S103 wird die Geschwindigkeit Vm1 (ungleich 0) des Spindelmotors 21 bzw. der Spindel 8 in einer oder mehreren Regelperioden vor der Geschwindigkeit Vm0 berechnet. Das Berechnen der Geschwindigkeit Vm1 erfolgt im Wesentlichen so wie die Berechnung der Geschwindigkeit Vm0 und wird daher nicht nochmals ausführlich beschrieben.
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Im Schritt S104 wird geprüft, ob das Vorzeichen zwischen der Geschwindigkeit Vm0 und der Geschwindigkeit Vm1 gewechselt hat. Hat sich das Vorzeichen geändert, so wird festgestellt, dass der Spindelmotor 21 oder die Spindel 8 in umgekehrter Richtung betrieben werden, und die Routine geht zum Schritt S105 über. Daraus kann man erkennen, dass in der Erfindung der Umkehrbetrieb der Spindel 8 korrekt und einfach erkannt wird.
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Hat sich das Vorzeichen nicht geändert, so wird festgestellt, dass der Spindelmotor 21 oder die Spindel 8 nicht in umgekehrter Richtung betrieben werden, und die Umkehrkorrekturgröße wird im Schritt S106 auf null gesetzt. Im Gegensatz dazu wird im Schritt S105 der Parameter-Einstellwert, den die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 erzeugt, als Umkehrkorrekturgröße eingestellt. Ein Blick zurück auf 2 zeigt, dass die von der Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 erzeugte Umkehrkorrekturgröße in die Geschwindigkeitsregelungseinheit 37 eingegeben wird.
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4A zeigt einen ersten Ausschnitt einer Geschwindigkeits-Regelungseinheit in größerem Maßstab. Die Geschwindigkeitsregelungseinheit 37, siehe 4A, enthält einen Integrierer 41 und eine Verstärkungsmultipliziereinheit 42. In 4A wird die Umkehrkorrekturgröße nur in den Integrierer 41 eingegeben.
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Im Gegensatz dazu wird in 4B, die einen zweiten Ausschnitt der Geschwindigkeits-Regelungseinheit in größerem Maßstab zeigt, die Umkehrkorrekturgröße sowohl in den Integrierer 41 als auch in die Verstärkungsmultipliziereinheit 42 eingegeben. 4B kann man entnehmen, dass sich die Auswirkung der Umkehrkorrekturgröße über die Verstärkungsmultipliziereinheit 42 rasch in dem Drehmomentbefehl widerspiegelt.
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5 zeigt eine Skizze einer zeitabhängigen Darstellung der Geschwindigkeit (Drehzahl) der Spindel, der Geschwindigkeit der Vorschubachse und der Umkehrkorrekturgröße. Im Zeitpunkt t1, siehe 5, geht die Geschwindigkeit der Spindel von null auf einen negativen Wert über, und die Spindelumkehr-Detektoreinheit 34 stellt fest, dass der Betrieb im Zeitpunkt t1 die Richtung wechselt. Eine Umkehrkorrekturgröße Y1, die die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 erzeugt, hat eine vorbestimmte Größe, siehe 5, und sie wird über eine vorbestimmte Dauer in die Geschwindigkeitsregelungseinheit 37 eingegeben. Die vorbestimmte Dauer kann beispielsweise gleich einer vorbestimmten Regelperiode sein.
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Wahlweise, siehe den unteren Teil von 5, kann die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 eine Umkehrkorrekturgröße Y2 derart erzeugen, dass ihre Höhe ausgehend von einem Anfangswert im Verlauf der Zeit abnimmt. Später wird anhand von 9 beschrieben, dass man bevorzugt, dass die Umkehrkorrekturgröße Y2 abhängig von einem Synchronisierfehler zwischen dem Spindelmotor 21 und dem Vorschubachsenmotor 31 abnimmt. In 5 nimmt die Umkehrkorrekturgröße Y2 von ihrem Anfangswert monoton ab. Die Umkehrkorrekturgröße Y2 kann jedoch auch exponentiell abnehmen.
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6 zeigt eine dritte vergrößerte Ansicht der Geschwindigkeits-Regelungseinheit in vergrößertem Maßstab. Wird der Geschwindigkeitsbefehl, siehe 6, den man durch Multiplizieren der ersten Positionsabweichung ΔP1 mit der Positionsverstärkung erhält, in die Geschwindigkeitsregelungseinheit 37 eingegeben, so wird die Umkehrkorrekturgröße hinzuaddiert, und der sich ergebende Geschwindigkeitsbefehl durchläuft den Integrierer 41. In 6 durchläuft der Geschwindigkeitsbefehl zudem den Verstärkungsmultiplizierer 42 und wird zum Ausgangssignal des Integrierers 41 addiert. Damit wird ein Drehmomentbefehl (vorbestimmter Wert) geliefert, der keine Schwerkraftkomponente des Vorschubachsenmotors 31 enthält. Daher wird, siehe 6, ein Drehmomentbefehl aufgrund der Schwerkraftkomponente des Vorschubachsenmotors 31 zuaddiert, damit ein Drehmomentbefehl T entsteht.
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7 zeigt eine zeitabhängige Darstellung des Drehmomentbefehls, der keine Schwerkraftkomponente enthält, und der Umkehrkorrekturgröße. Hat der Drehmomentbefehl T0 unmittelbar vor dem Umkehrbetrieb den Wert –A, so ist das Solldrehmoment nach der Richtungsumkehr A. In diesen Zusammenhang wird der Drehmomentbefehl T für eine Zeiteinheit, z. B. eine vorbestimmte Regelperiode, mit Tn bezeichnet, und die Umkehrkorrekturgröße wird mit Yn bezeichnet (dabei ist n eine natürliche Zahl). Nun berechnet die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 eine Umkehrkorrekturgröße Yn, die der folgenden Gleichung (1) genügt. Yn = A – Tn (1)
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In diesem Fall nimmt die Umkehrkorrekturgröße mit zunehmendem Drehmoment ab.
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Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Drehrichtung des Vorschubachsenmotors 31 umgekehrt wird (dies ist nicht abgebildet) verhält sich der Integrierer 41 nahezu wie der Drehmomentbefehl T. Daher kann die Umkehrkorrekturgröße abhängig vom Verhalten des Integrierers 41 mit dem gleichen Verfahren, das oben beschrieben wurde, verringert werden.
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8 zeigt eine zeitabhängige Darstellung der Positionsdaten der Vorschubachse und der Umkehrkorrekturgröße. Beim Umkehren der Drehrichtung, siehe 8, verändern sich die Positionsdaten der Vorschubachse. Wie beschrieben ändert sich der Drehmomentbefehl T gemäß 7. Hat der Drehmomentbefehl T0 unmittelbar vor dem Umkehrvorgang den Wert –A, so wird das Solldrehmoment nach dem Umkehrvorgang auf A invertiert. Daher hat der Anfangswert der Umkehrkorrekturgröße den Wert 2A.
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In diesem Zusammenhang werden die Positionsdaten der Vorschubachse je Zeiteinheit, z. B. für eine vorbestimmte Regelperiode, mit Pn bezeichnet, und die Umkehrkorrekturgröße wird mit Yn bezeichnet (dabei ist n eine natürliche Zahl). Die Positionsdaten der Vorschubachse, siehe 8, die mit K bezeichnet sind, geben an, dass die Umkehrkorrekturgröße nicht mehr addiert wird. In diesem Fall berechnet die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 die Umkehrkorrekturgröße Yn gemäß der folgenden Gleichung (2). Yn = 2A/K × (K – Pn) (2)
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Hier nimmt die Umkehrkorrekturgröße abhängig von den Positionsdaten der Vorschubachse ab.
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9 zeigt eine zeitabhängige Darstellung des Synchronisierfehlers und der Umkehrkorrekturgröße. In 9 verändert sich die Umkehrkorrekturgröße proportional zum Synchronisierfehler. Sei der Synchronisierfehler je Zeiteinheit, z. B. in einer vorbestimmten Regelperiode, mit En bezeichnet, und die Umkehrkorrekturgröße mit Yn bezeichnet (dabei ist n eine natürliche Zahl). Dann berechnet die Umkehrkorrekturgrößen-Erzeugungseinheit 35 eine Umkehrkorrekturgröße Yn gemäß der folgenden Gleichung (3). Yn = C × En (3)
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Dabei ist C eine Proportionalitätskonstante.
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In diesem Fall nimmt die Umkehrkorrekturgröße abhängig von der Höhe des Synchronisierfehlers ab. Es zeigt sich, dass die Ansprechgenauigkeit der Vorschubachse weiter erhöht werden kann, wenn die Umkehrkorrekturgröße Yn je Zeiteinheit wie beschrieben verändert wird.
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10A zeigt eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Spindel und der Zeit gemäß der Erfindung. 10B zeigt eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem Synchronisierfehler und der Zeit, falls keine Umkehrkorrektur vorhanden ist, und 10C zeigt eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem Synchronisierfehler und der Zeit, falls eine Umkehrkorrektur vorhanden ist. Ein Vergleich von 10A und 10B zeigt, dass der Synchronisierfehler kontinuierlich erzeugt wird, wenn die Spindel in Betrieb ist. Im Einzelnen nimmt der Synchronisierfehler zu, falls die Spindelgeschwindigkeit von null auf einen positiven Wert übergeht und wenn die Spindelgeschwindigkeit von null auf einen negativen Wert übergeht.
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In der beschriebenen Erfindung wird die Umkehrkorrekturgröße zu der Geschwindigkeitsregelungseinheit 37 der Vorschubachsen-Regelungseinheit 30 addiert. Daher, siehe 10A und 10C, nimmt der Synchronisierfehler beträchtlich ab, wenn die Spindelgeschwindigkeit von null auf einen positiven Wert übergeht und wenn die Spindelgeschwindigkeit von null auf einen negativen Wert übergeht. Anders ausgedrückt wird durch das Einführen der Umkehrkorrekturgröße gemäß der Erfindung der Umkehrbetrieb des Vorschubachsenmotors 31 in dem Zeitpunkt schneller, im dem die Drehrichtung der Spindel umgekehrt wird, und der Synchronisierfehler nimmt beträchtlich ab. Als Ergebnis der Erfindung kann man sehen, dass die Ansprechgenauigkeit der Vorschubachse auch dann erhöht wird, wenn es nicht erlaubt ist, die Verstärkung der Vorschubachse auf einen großen Wert zu setzen.
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Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß der ersten Ausführungsform wird für den Fall, dass eine Richtungsumkehr der Spindel erkannt wird, die Umkehrkorrekturgröße zu dem Geschwindigkeitsbefehl der Geschwindigkeitsregelschleife der Vorschubachsen-Regelungseinheit addiert oder zu dem Integrierer der Geschwindigkeitsregelschleife. Dies beschleunigt die Richtungsumkehr des Vorschubachsenmotors, wodurch der Synchronisierfehler abnimmt und die Ansprechgenauigkeit der Vorschubachse zunimmt.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform kann man die Richtungsumkehr der Spindel einfach und korrekt erkennen.
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Gemäß der dritten bis fünften Ausführungsform kann die Ansprechgenauigkeit der Vorschubachse weiter verbessert werden.
