DE3917691C2 - Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine für Dreh- und Fräsbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die Anwendungsmöglichkeiten von Drehmaschinen zu erhöhen, sind moderne Drehmaschinen so ausgebildet, daß der Hauptantrieb der Spindel auch als Rundachse (C-Achse) betrieben werden kann. Da­ durch ist auf diesen Drehmaschinen ein Fräsbetrieb möglich. Das dabei nötige exakte Positionieren der C-Achse erfordert aller­ dings den Einsatz von Gebern mit einer hohen Auflösung. Die Ausgangssignale dieser Geber sind jedoch bei so hohen Drehzah­ len, wie diese im Drehbetrieb auftreten, nicht mehr eindeutig auswertbar. Aus diesem Grund ist für den Drehbetrieb ein in seiner Auflösung grober, aber für hohe Umdrehungsgeschwindig­ keiten ausgelegter weiterer Geber vorgesehen.

Bei Verfahren der eingangs genannten Art, die für den Betrieb obengenannter Drehmaschinen üblich sind (Dr. Heidenhain GmbH: "Strich für Strich, Aufbau und Einsatz von fotoelektrischen Winkelgebern", in: elektronikpraxis - Nr. 7, März 1989, Seiten 88 bis 93), muß bei jedem Wechsel von der Betriebsart "Drehen" in die Betriebsart "Fräsen" die Rundachse neu auf einen Referenzpunkt gefahren werden, da beim Drehen der Referenzpunkt jeweils verlorengeht. Dazu wird zunächst die Spindel stillge­ setzt und daraufhin erfolgt das Referenzpunktfahren. Erst im Anschluß an diesen Vorgang kann mit dem Fräsbetrieb begonnen werden. Das Referenzpunktfahren verursacht jedoch stets eine gewisse Wartezeit, die zwischen dem Ende des Drehbetriebs und dem Beginn des Fräsbetriebs einzuschalten ist.

Aus der Litertur Kempff, Dieter: "Elektronische Spin­ delpositioniertung - eine moderne Problemlösung für Werkzeug­ maschinen", in: Brown Boveri Technik 4-85, Seiten 199 bis 204, ist es ferner bekannt, daß die Spindelachse vor einer Weiter­ bearbeitung in einem Fräsprozeß zum Ende der Drehbearbeitung in eine definierte Stellung ausgerichtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art so auszubilden, daß in einer möglichst kurzen Zeit ein Wechsel von Drehbetrieb zum Fräsbetrieb ermöglicht wird, und unnötige Zählvorgänge bei der Referenzpunkterfassung vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Er­ findung wird damit sozusagen "fliegend" der Zeitraum des Ab­ bremsens aus dem Drehbetrieb ausgenutzt, um das Referenzpunkt­ fahren vorzunehmen und ein unnötiges Hochzählen der Istwerte für die Position der C-Achse wird vermieden.

Eine Ausbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ab dem Erreichen der Drehzahlschwelle diese Drehzahl minde­ stens bis zum Vorliegen des Signals "Referenzpunkt erreicht" aufrechterhalten wird und erst dann ein weiteres Abbremsen er­ folgt. Damit ist auch für Maschinen, deren Hauptantrieb sehr schnell abbremsbar ist, gewährleistet, daß die minimale Zeit zum Referenzpunktfahren eingehalten wird, ohne daß der Hauptantrieb bereits stillgesetzt worden ist.

Dadurch, daß beim Beenden des Drehbetriebs nur jeweils dann eine Referenzpunkterfassung erfolgt, wenn sich unmittelbar daraufhin ein Fräsbetrieb anschließt, wobei dies durch einen speziellen Befehl "C-Achse synchronisieren" angegeben wird, ist vermieden, daß bei jedem Beenden eines Drehbetriebes ein Referenzpunktfah­ ren erfolgt. Dieses Referenzpunktfahren wird demzufolge nur dann veranlaßt, wenn auch wirklich im folgenden Arbeitsgang ein Fräs­ betrieb folgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild und

Fig. 2 ein Geschwindigkeitsdiagramm.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Drehmaschine D gezeigt, die sowohl für Drehbetrieb als auch Fräsbetrieb geeignet ist. In der Darstellung ist gezeigt, wie bei Drehbetrieb ein Drehstahl DS ein Werkstück W bearbeitet. Es ist der Fig. 1 jedoch auch entnehmbar, daß ein Fräser F so verschwenkt werden kann, daß an Stelle des Drehstahls DS der Fräser F zur Werkstückbearbeitung eingesetzt werden kann.

Das in der Drehmaschine D mit einem Dreibackenfutter gehaltene Werkstück W wird mit Hilfe eines Hauptspindelantriebs H gedreht, dem von einer numerischen Steuerung NC die jeweils gewünschte Drehzahl oder Position vorgegeben wird. Um die tatsächlich er­ reichte Drehzahl oder Position des Hauptspindelantriebs H der numerischen Steuerung NC zu melden, ist am Hauptspindelantrieb H ein Geber G (gestrichelt angedeutet) vorgesehen, der Weg- oder Geschwindigkeitssignale der Drehbewegung ermittelt. Der Geber G ist dabei beispielsweise so ausgebildet, daß mit dem Hauptspin­ delantrieb H Scheiben bewegt werden, die optische Markierungen aufweisen, die von Detektoren gelesen werden. Der Geber G bein­ haltet zwei Systeme, wobei das erste Gebersystem G1 für hohe Umdrehungszahlen und das zweite Gebersystem G2 für geringe Umdrehungszahlen geeignet ist. Das zweite Gebersystem G2 weist aber eine gegenüber dem ersten Gebersystem G1 sehr hohe Wegauflösung auf. Allerdings wäre das zweite Gebersystem G2 nicht für hohe Drehzahlen des Drehbetriebs geeignet, weil dann die resultierenden Weg­ signale nicht mehr erfaßt werden können. Ferner ist beim zweiten G1 Geber­ system zum Referieren einer Grundstellung eine Nullmarke vorge­ sehen, die jeweils eine definierte Winkelstellung pro Umdrehung angibt.

Wenn vom Fräsbetrieb in den Drehbetrieb übergegangen wird, geht allerdings jeweils der beim Betrieb als C-Achse erforderliche Referenzpunkt verloren. Daher muß beim Umschalten vom Drehbe­ trieb in den Fräsbetrieb der Referenzpunkt für das zweite Gebersystem G2 jeweils neu ermittelt werden.

Eben in diesem Ermitteln des Referenzpunktes, das "fliegend" geschieht, liegt das Wesen der Erfindung, wie dies nunmehr anhand der Darstellung gemäß Fig. 2 erläutert wird.

Die Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt im oberen Teil in Form eines Diagramms das Abbremsen des Hauptspindelantriebs H beim Beenden eines Drehbetriebs. Innerhalb dieses Bremsvorgangs erfolgt ein "fliegendes" Referenzpunktfahren. Die Tatsache, daß ein Übergang in den Fräsbetrieb erfolgt, ist durch einen Befehl "C-Achse synchronisieren" angedeutet, der unterhalb des eigentlichen Diagramms synchron zur Zeit t aufgezeigt ist. Das Auftreten dieses Befehls ist aber auch im eigentlichen Diagramm und zwar durch einen senkrechten Strich angedeutet. Wenn zum Ende eines Drehprogramms hin eben dieser Befehl vorliegt, wird über die numerische Steuerung NC die Drehzahl der Hauptspindel dahin­ gehend überwacht, wann sie auf eine vorgegebene Drehzahlschwelle - im Ausführungsbeispiel 200 U/min - abgesunken ist. Diese Drehzahlschwelle ist so gewählt, daß bei dieser Drehzahl das zweite Gebersystem G2 einwandfrei arbeiten kann.

Sobald die Drehzahlschwelle erreicht wird, erfolgt zunächst kein weiteres Abbremsen des Hauptspindelantriebs H. Die numerische Steuerung NC wartet vielmehr zunächst das Auftreten einer Null­ marke des zweiten Gebersystems G2 ab. Im Diagramm gemäß Fig. 2 ist die Nullmarke ebenfalls durch einen senkrechten Strich angedeutet. Sobald diese Nullmarke von der numerischen Steuerung NC detek­ tiert worden ist, wird von der numerischen Steuerung NC ent­ sprechend dieser Nullmarke eine übliche Referenzpunkterfassung vorgenommen. Wenn dieser Vorgang beendet worden ist, stellt die numerische Steuerung NC nach einer durch das Erfassen bedingten Verzögerungszeit den Zustand "Referenzpunkt erreicht" fest und die Spindel kann vollständig abgebremst werden, damit im fol­ genden der Fräsbetrieb aufgenommen werden kann. Der Zustand "Referenzpunkt erreicht" kann dabei durch ein Signal angegeben werden, wie dies ganz unten bei der Fig. 2 angedeutet ist.

Der Befehl "C-Achse synchronisieren" kann ab dem Beginn des Zu­ standes "Referenzpunkt erreicht" zurückgenommen werden. Sollten vor der Rücknahme jedoch noch einige Nullmarken des zweiten Gebersystems G2 beim Auslaufen des Hauptspindelantriebs H auftreten, können auch diese Nullmarken zum neuerlichen Synchronisieren des zweiten Geber­ systems G2 zusätzlich verwendet werden, damit der Istwert für die Wegerfassung nicht unnötig über mehrere Umdrehungen hoch­ läuft.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Werk­ zeugmaschine für Dreh- und Fräsbetrieb mit einer Steuerung, wobei

• - ein Hauptantrieb im Drehbetrieb als Spindel und im Fräsbe­ trieb als positionierbare Rundachse eingesetzt wird,
• - ein erster Geber zum Erfassen der Drehzahl der Spindel beim Drehbetrieb und
• - ein zweiter Geber zum Erfassen der Position der posi­ tionierbaren Rundachse beim Fräsbetrieb vorgesehen sind,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - bei Beendigung des Drehbetriebes die Steuerung (NC) die Spindel abbremst und daß, wenn die Spindeldrehzahl eine vorgegebene Drehzahlschwelle (200 U/min) erreicht, die Steuerung (NC) ein Auftreten mindestens einer durch den zweiten Geber (G2) erfaßten Nullmarke abwartet, um auf dieses Auftreten hin einen Referenzpunkt zu ermitteln,
• - das Ermitteln des Referenzpunktes von der Steuerung (NC) durch ein Signal "Referenzpunkt erreicht" quittiert wird,
• - erst nach dem Erhalt dieses Signals "Referenzpunkt er­ reicht" ein Übergang in den Fräsbereich freigegeben wird, und
• - wenn während des Abbremsens der Spindel ab dem Erhalt des Signals "Referenzpunkt erreicht" bis zum Stillstand noch eine oder mehrere Umdrehungen der Spindel erfolgen, wodurch der zweite Geber (G2) erneut Nullmarken erfaßt, mit jeder dieser erneut erfaßten Nullmarken jeweils der Referenzpunkt von neuem ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spindeldrehzahl ab dem Erreichen der Drehzahlschwelle (200 U/min) mindestens bis zum Vorliegen des Signals "Referenzpunkt erreicht" nicht verändert wird und nach dem Vorliegen dieses Signals ein weiteres Abbremsen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Beenden des Drehbetriebs nur dann die Ermittlung des Referenzpunktes erfolgt, wenn sich auf den Drehbetrieb unmittelbar der Fräs­ betrieb anschließt, wobei dies durch einen Befehl "C-Achse synchronisieren" angegeben wird.