WO2000066320A1 - Wekzeugmaschine mit mechanischem energiespeicher - Google Patents

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WO2000066320A1
WO2000066320A1 PCT/EP2000/001358 EP0001358W WO0066320A1 WO 2000066320 A1 WO2000066320 A1 WO 2000066320A1 EP 0001358 W EP0001358 W EP 0001358W WO 0066320 A1 WO0066320 A1 WO 0066320A1
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WO
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energy
network
machine tool
axes
control unit
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PCT/EP2000/001358
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Inventor
Rolf Kuppinger
Original Assignee
Stama Maschinenfabrik Gmbh
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/0009—Energy-transferring means or control lines for movable machine parts; Control panels or boxes; Control parts
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    • B23Q1/626—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool with a plurality of axes which can be controlled via a control unit and an energy center which provides energy for the operation of the axes from a network.
  • the invention further relates to a method for controlling such a machine tool.
  • Machine tools of the aforementioned type are generally known from the prior art.
  • the known machine tools generally have a device for clamping workpieces to be machined as well a further device for clamping a tool with which the workpiece is machined.
  • the tool and workpiece can be moved relative to one another in several axes, the mechanical displacement or turning units, by means of which this method is achieved, generally being referred to as the "axis".
  • Such a machine tool is a so-called traveling column machine, in which the tool is held in a spindle which can be moved relative to the workpiece which is clamped on a workpiece table via x, y and z displacement units.
  • Such machine tools generally have a CNC control that controls the three axes and the motor that rotates the spindle.
  • the individual displacement units and the spindle motor are usually operated with pulsed DC voltage, which is provided by an energy center from a three-phase AC voltage network.
  • UPS uninterruptible power supplies, which are known per se, can be provided both for the energy center and for the CNC control.
  • UPS uninterruptible power supplies
  • the energy center on the DC voltage side with an intermediate store for electrical energy which, like a UPS, which generally acts on the primary side, ensures constant supply of DC voltage for driving the axes. In this way it is prevented, for example, that several axes and the spindle motor collapse as a result of the excessive switch-on when the vehicle is started up simultaneously.
  • the intermediate store thus serves as a capacitor for smoothing the required DC voltage on the secondary side. This also applies to energy recovery in generator mode.
  • this object is achieved according to the invention in that a mechanical energy store is provided which supplies energy for an emergency supply to the axes in the event of a fault in the network.
  • the inventors of the present application have recognized that sufficient energy can be stored in a mechanical energy store, which can be converted into electrical energy in the event of a power failure and can be provided until an emergency routine has been processed, by means of which the individual axes are brought into a state can, in which there is no longer a risk that damage to the machine tool, a tool or a workpiece can be caused.
  • a mechanical energy store e.g. a flywheel or a spring accumulator can be used. In the event of a power failure, this mechanical energy store is triggered and generates the required energy in the form of AC voltage via a generator connected downstream, which is converted accordingly by the energy center.
  • This measure has the advantage that only one further module for the Control of another axis must be inserted, in this case for a memory axis.
  • the storage axis can then be programmed and controlled by the control itself, so that even existing machine tools can be retrofitted with the mechanical energy store without great effort.
  • the CNC control then branches into an emergency program in which the memory axis is first triggered and then an emergency routine is initiated, through which the other axes are moved in a defined manner.
  • the further axis comprises an essentially vertically arranged displacement unit, the carriage of which carries a weight, the mass of which determines the positional energy, and the motor of which generates electrical energy for the emergency supply in the payload braking mode.
  • the advantage here is that another CNC axis with slide, ball screw and servo motor can be used for mechanical energy storage.
  • a further displacement mechanism has to be provided, which is set up vertically and carries a weight on its slide, the mass of which determines the stored position energy.
  • the carriage In normal operation, the carriage is moved all the way up, so that maximum position energy is stored in the weight.
  • the storage axis is then driven so that the weight moves down, the mechanical energy released being converted directly into electrical energy via the servo motor, which is even available on the secondary side of the energy center. This energy can be used directly for the emergency supply of the other axes.
  • a great advantage of this arrangement in addition to the simple implementation of the mechanics and the control, is that the electrical energy generated from the mechanical position energy is immediately available, no conversion losses etc. are lost.
  • the stored mechanical position energy can thus be used very efficiently for the emergency supply of the other axes.
  • This energy is also constantly available for a certain period of time, which can be seen as an advantage over the flywheel and spring accumulator, both of which do not work constantly over the delivery time.
  • Another advantage is that the electrical energy can be generated specifically in the manner of an emergency braking, by variably programming the speed of the downward movement of the weight on the storage axis in such a way that the required energy is being generated.
  • an intermediate store for electrical energy in which electrical energy generated during the payload braking is at least partially temporarily stored.
  • a circuit for mains failure detection which reports a malfunction in the network to the control unit, and if the energy center comprises a switch which can be controlled via the control unit and via which the energy center can be disconnected from the network. In this way, it is possible to disconnect the energy center from the network before starting the emergency supply in order to prevent the electrical energy generated by the storage axis from flowing back into the network. This measure also ensures efficient use of the stored mechanical energy and thus extends the time available for the emergency routine.
  • a power failure is recognized by the fact that the secondary-side and / or the primary-side voltage is below a certain voltage level for a certain period of time. As soon as this condition has been met, the machine tool is either "galvanically" isolated from the network either electrically or via semiconductor switches and the emergency routine is triggered, even if the network recovers immediately thereafter. In this way it is prevented that the machine tool gets into undefined states due to stronger, longer-term fluctuations and disturbances in the network.
  • Figure 1 is a schematic side view of the new machine tool.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the storage axis of the machine tool from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a block diagram of the control center of the machine tool from FIG. 1;
  • Fig. 1 denotes a machine tool which has a workpiece table 11 on which a workpiece 12 to be machined is clamped.
  • a tool 14 which is clamped in a spindle 15 which is rotatably mounted in a spindle head 16, is used to machine the workpiece 12.
  • the spindle head 16 is mounted on a z-displacement unit 17, which in turn can be moved on a y-displacement unit 18.
  • the y displacement unit 18 finally is arranged on an x-displacement unit 19.
  • a further displacement unit 20 can also be seen.
  • the further displacement unit 20 represents a storage axis 24 to be described in more detail.
  • the machine tool 10 further comprises a control center 25, from which lines 26, 27 go to the individual displacement units 17, 18, 19 and 20.
  • the control center 25 is also connected to a network 29, which in the present case is a three-phase AC network, via a network cable 28.
  • the storage axis 24 serves as a mechanical energy store 30, the positional energy of which can be converted into electrical energy at the request of the control center 25.
  • the storage axis 24 is shown schematically in FIG. 2 in a front view. It includes a conventional servo motor 31 which drives a ball screw 32 over which a carriage
  • the control center 35 first comprises a power module 37, which converts the voltage from the network 29, which is, for example, three-phase 400 VAC, into DC voltage, for example 560 VDC. This DC voltage is made available on a DC rail 38.
  • the power module 37 is connected to a UPS 39 so that it can continue to be supplied with control voltage in the event of a power failure. Power module 37 and UPS 39 together form an energy center 40.
  • the control center 25 further comprises a control unit 41 which comprises a programmable logic controller and permanently programmed machine routines.
  • a UPS 42 is also provided for the control unit 41.
  • a power failure detection 43 is also provided, which supplies a power failure to the control unit 41 on a line 44.
  • the control unit 41 switches a switch 46 in the power module 37 via a line 45, as a result of which the DC side of the power module 37 is isolated from the power supply 29 either galvanically or logically via semiconductor switches.
  • servo modules 47, 48, 49 and 50 are connected to the direct current rail 38, which have an x motor 51 for the x axis 21, a y motor 52 for the y axis 18, and a z motor 53 for the z axis.
  • a spindle module 54 is switched on via the one Spindle motor 55 is driven, which sets the spindle 15 in rotation.
  • the servo modules 47, 48, 49, 50, the power module 37 and the spindle module 54 are connected to the control unit 41 via a bus 57.
  • the control unit 41 controls the motors 51, 52, 53, 55 and 31 via this bus 57 in accordance with user-defined commands and / or permanently programmed routines.
  • an intermediate store 59 for electrical energy is also connected to the direct current rail 38, which serves to compensate for voltage fluctuations on the direct voltage side.
  • the network 49 is disconnected from the power module 37 via the line 45 and the switch 46.
  • the storage axis 24 is started via the bus 57 by moving the carriage 33 downward in FIG. 2.
  • the entire available energy, which is stored in the storage axis 24, can be specifically released in this way.
  • the maximum stored energy is calculated from the mass of the weight 36 and a travel path 61 which the weight 36 can cover from its upper stop to its lower stop.
  • Targeted control of the servo motor 31 generates just as much energy as the other axes 21, 22, 23 and the spindle motor 55 require. conditions to ensure that the tool 14 comes out of engagement with the workpiece 12 in the context of a then started emergency routine.
  • the servo motor 31 is operated in the payload braking mode so that it acts as a generator which is driven by the weight 36 moving downward.
  • the voltage generated in the process which corresponds to a fully rectified AC voltage, is smoothed by the buffer store 49, which also compensates for peak loads during the emergency routine.
  • the time available for the emergency routine in the event of a power failure can be up to eight seconds, which is a time period which is even sufficient to completely withdraw an engaged tap from the tool.
  • the machine tool stops in a defined manner and can be started again from here, the storage axis 24 then also being “loaded” again by the weight 36 being raised again.

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Abstract

Eine Werkzeugmaschine (10) umfaßt mehrere, über eine Steuereinheit steuerbare Achsen (21, 22, 23) und eine Energiezentrale, die aus einem Netz (29) Energie für den Betrieb der Achsen (21, 22, 23) bereitstellt. Ferner ist ein mechanischer Energiespeicher (30) vorgesehen, der bei einer Störung in dem Netz (29) Energie für eine Notversorgung der Achsen (21, 22, 23) liefert.

Description

Werkzeugmaschine mit mechanischem Energiespeicher
Die vorliegende Erfindung betrifft einer Werkzeugmaschine mit mehreren, über eine Steuereinheit steuerbaren Achsen und einer Energiezentrale, die aus einem Netz Energie für den Betrieb der Achsen bereitstellt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern einer derartigen Werkzeugmaschine.
Werkzeugmaschinen der vorstehend genannten Art sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.
Die bekannten Werkzeugmaschinen weisen in der Regel eine Vorrichtung zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken sowie eine weitere Vorrichtung zum Einspannen eines Werkzeuges auf, mit dem das Werkstück bearbeitet wird. Werkzeug und Werkstück sind dabei relativ zueinander in mehreren Achsen verfahrbar, wobei in der Regel die mechanischen Verschiebe- oder Dreheinheiten, über die dieses Verfahren erzielt wird, als "Achse" bezeichnet werden.
Ein Beispiel für eine derartige Werkzeugmaschine ist eine sogenannte Fahrständermaschine, bei der das Werkzeug in einer Spindel gehalten ist, die über x-, y- und z-Verschiebeeinheiten gegenüber dem Werkstück verfahrbar ist, das auf einem Werkstücktisch aufgespannt ist. Solche Werkzeugmaschinen weisen in der Regel eine CNC-Steuerung auf, über die die drei Achsen sowie der Motor gesteuert werden, der die Spindel rotatorisch antreibt.
Die einzelnen Verschiebeeinheiten sowie der Spindelmotor werden in der Regel mit gepulster Gleichspannung betrieben, die über eine Energiezentrale aus einem Dreiphasenwechselspannungsnetz bereitgestellt wird.
Um Spannungsschwankungen im Wechselspannungsnetz auszugleichen, können sowohl für die Energiezentrale als auch für die CNC- Steuerung sogenannte USV, also unterbrechungsfreie Stromversorgungen bereitgestellt werden, die an sich bekannt sind. Über diese USV können bei vertretbarem Aufwand nur kurzfristige Ausfälle oder Einbrüche des Netzes kompensiert werden, nicht jedoch längerfristige Störungen.
Solche längerfristigen Störungen im Netz bergen nun eine ganze Reihe von Risiken für eine im Betrieb befindliche Werkzeugma- schine, so kann bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung z.B. das im Eingriff befindliche Werkzeug und/oder das gerade bearbeitete Werkstück unwiederbringlich zerstört werden. Falls sich eine Achse der Werkzeugmaschine bei einem derartigen Netzausfall gerade im Eilgang befindet, können darüber hinaus größere Schäden an der Werkzeugmaschine selbst entstehen, wenn nämlich keine elektrische Energie mehr zur Verfügung steht, um den Schlitten definiert abzubremsen. Es besteht jedoch grundsätzlich die Möglichkeit, über eine Kurzschlußbremsung der Servomotoren oder eine Aktivierung der in den Servomotoren eingebauten mechanischen Bremse ein ungeregeltes Abbremsen zu erreichen.
Allgemein ist es bereits bekannt, in der CNC-Steuerung sogenannte Notfallroutinen abzulegen, die bei einer Alarmmeldung das Werkzeug außer Eingriff mit dem Werkstück bringen, sich bewegende Verschiebeeinheiten abbremsen und die Maschine insgesamt in einem definierten Zustand verfahren.
Des weiteren ist es bekannt, die Energiezentrale auf der Gleichspannungsseite mit einem Zwischenspeicher für elektrische Energie zu versehen, der wie eine USV, die in der Regel primär- seitig wirkt, für eine konstante Bereitstellung von Gleichspannung zum Antrieb der Achsen sorgt. Auf diese Weise wird z.B. verhindert, daß bei einem gleichzeitigen Anfahren mehrere Achsen sowie des Spindelmotors infolge der Einschaltüberhöhung die Gleichspannung zusammenbricht. Der Zwischenspeicher dient also wie ein Kondensator zur sekundärseitigen Glättung der benötigten Gleichspannung. Dies gilt auch für die Rückspeisung im generatorischen Betrieb. Schließlich ist es noch bekannt, die beim -Abbremsen einer im Eilgang befindlichen Verschiebeeinheit sowie der Spindel entstehende mechanische Energie nicht in Wärme umzuwandeln, sondern nach Art einer Nutzlastbremsung in elektrische Energie, die von der Energiezentrale in das Wechselspannungsnetz zurückgespeist wird. Auf diese Weise wird eine übermäßige Erhitzung der Bauelemente verhindert, die die rückgespeiste Energie "vernichten". Diese Bauelemente, in der Regel elektrische Leistungswiderstände, sind normalerweise im Schaltschrank der Maschine eingebaut. Während durch die beschriebenen Maßnahmen so gut wie sämtliche im Betrieb einer Werkzeugmaschine auftretenden Probleme sicher beherrscht werden, ergibt sich insbesondere in Ländern mit unsicherer Netzversorgung ein bisher nicht beherrschtes Problem.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs erwähnte Werkzeugmaschine sowie das erwähnte Verfahren zu ihrer Ansteuerung derart weiterzubilden, daß auch eine Störung im Netz auf konstruktiv einfache Weise sicher beherrschbar wird.
Bei der eingangs erwähnten Werkzeugmaschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mechanischer Energiespeicher vorgesehen ist, der bei einer Störung in dem Netz Energie für eine Notversorgung der Achsen liefert.
Bei dem eingangs erwähnten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
- Überwachen des Netzes auf eine Störung, Starten einer mechanische Energie speichernden Notversorgung für die Achsen, und
Verfahren der Achsen nach einer Notfallroutine.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß sich in einem mechanischen Energiespeicher genügend Energie speichern läßt, die bei Netzausfall in elektrische Energie umgewandelt und solange bereitgestellt werden kann, bis eine Notfallroutine abgearbeitet worden ist, durch die die einzelnen Achsen in einen Zustand gebracht werden können, in dem nicht mehr die Gefahr besteht, daß Schäden an der Werkzeugmaschine, einem Werkzeug oder einem Werkstück hervorgerufen werden können.
Als mechanischer Energiespeicher kann z.B. ein Schwungrad oder ein Federspeicher verwendet werden. Bei Netzausfall wird dieser mechanische Energiespeicher ausgelöst und erzeugt über einen nachgeschalteten Generator die erforderliche Energie in Form von Wechselspannung, die von der Energiezentrale entsprechend umgewandelt wird.
Besonders bevorzugt ist es bei der neuen Werkzeugmaschine, wenn eine weitere, über die Steuereinheit steuerbare Achse vorgesehen ist, in der mechanische Lageenergie speicherbar ist.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß in die sowieso vorhandene Steuereinheit lediglich ein weiteres Modul für die An- Steuerung einer weiteren Achse eingesteckt werden muß, in diesem Fall für eine Speicherachse. Die Speicherachse kann dann über die Steuerung selbst programmiert und angesteuert werden, so daß auch bestehende Werkzeugmaschinen ohne großen Aufwand mit dem mechanischen Energiespeicher nachgerüstet werden können. Bei einem Netzausfall verzweigt die CNC-Steuerung dann in ein Notfallprogramm, in dem zunächst die Speicherachse ausgelöst und dann eine Notfallroutine angestoßen wird, durch die die anderen Achsen definiert verfahren werden.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die weitere Achse eine im wesentlichen vertikal angeordnete Verschiebeeinheit umfaßt, deren Schlitten ein Gewicht trägt, dessen Masse die Lageenergie bestimmt, und deren Motor im Nutzlastbremsbetrieb elektrische Energie für die Notversorgung erzeugt.
Hier ist von Vorteil, daß eine weitere CNC-Achse mit Schlitten, Kugelrollspindel und Servomotor für die mechanische Energie- speicherung verwendet werden kann. Mit anderen Worten, es muß lediglich eine weitere Verschiebemechanik vorgesehen werden, die vertikal aufgestellt wird und an ihrem Schlitten ein Gewicht trägt, dessen Masse die gespeicherte Lageenergie bestimmt. Im Normalbetrieb ist der Schlitten ganz nach oben gefahren, so daß in dem Gewicht maximale Lageenergie gespeichert wird. Bei einem Netzausfall wird die Speicherachse dann so angetrieben, daß das Gewicht nach unten fährt, wobei die frei werdende mechanische Energie über den Servomotor unmittelbar in elektrische Energie umgewandelt wird, die sogar schon auf der Sekundärseite der Energiezentrale zur Verfügung steht. Diese Energie kann unmittelbar zur Notversorgung der anderen Achsen eingesetzt werden. Ein großer Vorteil besteht bei dieser Anordnung neben der einfachen Implementierung der Mechanik und der Steuerung darin, daß die aus der mechanischen Lageenergie erzeugte elektrische Energie unmittelbar zur Verfügung steht, es gehen keine Umwandlungsverluste etc. verloren. Damit kann die gespeicherte mechanische Lageenergie sehr effizient für die Notversorgung der anderen Achsen eingesetzt werden. Diese Energie steht auch konstant für einen gewissen Zeitraum zur Verfügung, was als Vorteil gegenüber Schwungrad und Federspeicher anzusehen ist, die beide über der Abgabezeit nicht konstant arbeiten.
Versuche im Prüffeld der Anmelderin haben ergeben, daß durch die mit einem Gewicht belastete CNC-Achse bis zu acht Sekunden eine Notversorgung der Achsen bereitgestellt werden kann. Dieser Zeitraum ist ausreichend, um die Spindel abzubremsen und die Achsen so zu verfahren, daß ein im Eingriff befindliches Werkzeug sicher außer Eingriff mit dem Werkstück gebracht wird. Es konnte gezeigt werden, daß selbst Gewindeschneider noch sicher außer Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die elektrische Energie gezielt nach Art einer Notbremsung erzeugt werden kann, indem die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Gewichtes an der Speicherachse variierbar so programmiert wird, daß gerade die benötigte Energie erzeugt wird.
Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Zwischenspeicher für elektrische Energie vorgesehen ist, in dem bei der Nutzlastbremsung erzeugte elektrische Energie zumindest teilweise zwischengespeichert wird. Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß an die Steuerroutine für das gezielte Verfahren der Speicherachse geringere Anforderungen zu stellen sind, kurzfristige Schwankungen bei der Energieabnahme können durch den Zwischenspeicher ausgeglichen werden.
Dabei ist es bevorzugt, wenn eine Schaltung zur Netzausfallerkennung vorgesehen ist, die eine Störung in dem Netz an die Steuereinheit meldet, und wenn die Energiezentrale einen über die Steuereinheit ansteuerbaren Schalter umfaßt, über den die Energiezentrale von dem Netz abtrennbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, vor dem Start der Notversorgung die Energiezentrale von dem Netz abzutrennen, um einen Rückfluß der von der Speicherachse erzeugten elektrischen Energie in das Netz zu verhindern. Auch diese Maßnahme sorgt für eine effiziente Ausnutzung der gespeicherten mechanischen Energie und verlängert damit die für die Notfallroutine zur Verfügung stehende Zeit.
Ein Netzausfall wird dabei daran erkannt, daß die sekundärsei- tige und/oder die primärseitige Spannung für eine gewisse Zeitdauer unterhalb eines gewissen Spannungspegels liegt. Sobald diese Bedingung erfüllt wurde, wird die Werkzeugmaschine entweder galvanisch oder aber über Halbleiterschalter "logisch" vom Netz getrennt und die Notfallroutine ausgelöst, selbst wenn das Netz sich unmittelbar danach wieder erholt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Werkzeugmaschine durch stärkere, län- gerfristige Schwankungen und Störungen im Netz in Undefinierte Zustände gerät.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der neuen Werkzeugmaschine;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Speicherachse der Werkzeugmaschine aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schaltzentrale der Werkzeugmaschine aus Fig. 1; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm für ein von der Steuereinheit ausgeführtes Notfallprogramm.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Werkzeugmaschine bezeichnet, die einen Werkstücktisch 11 aufweist, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück 12 aufgespannt ist.
Zur Bearbeitung des Werkstückes 12 dient ein Werkzeug 14, das in eine Spindel 15 eingespannt ist, die drehbar in einem Spindelkopf 16 gelagert ist. Der Spindelkopf 16 ist an einer z- Verschiebeeinheit 17 gelagert, die wiederum auf einer y- Verschiebeeinheit 18 verfahrbar ist. Die y-Verschiebeeinheit 18 schließlich ist auf einer x-Verschiebeeinheit 19 angeordnet. Neben der Werkzeugmaschine ist noch eine weitere Verschiebeeinheit 20 zu erkennen.
Während die Verschiebeeinheiten 17-19 zum Verfahren des Spindelkopfes 16 in einer x-Achse 21, einer y-Achse 22 sowie einer z-Achse 23 dient, stellt die weitere Verschiebeeinheit 20 eine noch näher zu beschreibende Speicherachse 24 dar.
Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt ferner eine Schaltzentrale 25, von der Leitungen 26, 27 zu den einzelnen Verschiebeeinheiten 17, 18, 19 und 20 gehen. Über ein Netzkabel 28 ist die Schaltzentrale 25 ferner mit einem Netz 29 verbunden, das im vorliegenden Fall ein Dreiphasenwechselspannungsnetz ist.
Damit bei einer Störung oder einem Ausfall des Netzes 29 das Werkzeug 14 noch außer Eingriff mit dem Werkstück 12 gebracht werden kann, dient die Speicherachse 24 als mechanischer Energiespeicher 30, dessen Lageenergie auf Anforderung der Schaltzentrale 25 in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Die Speicherachse 24 ist schematisch in Fig. 2 in einer Vorderansicht dargestellt. Sie umfaßt einen üblichen Servomotor 31, der eine Kugelrollspindel 32 antreibt, über die ein Schlitten
33 verfahrbar ist, der an einer senkrecht angeordneten Führung
34 läuft, die wiederum auf einem Fuß 35 angeordnet ist. An dem Schlitten 33 ist ein Gewicht 36 angeordnet, dessen Masse z.B. 180 oder 270 kg beträgt und die in der Speicherachse 24 gespeicherte mechanische Energie bestimmt. Ein Blockschaltbild der Schaltzentrale 25 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Schaltzentrale 35 umfaßt zunächst ein Leistungsmodul 37, das die Spannung aus dem Netz 29, die z.B. Dreiphasen-400 VAC beträgt, in Gleichspannung umgewandelt, z.B. 560 VDC. Diese Gleichspannung wird auf einer Gleichstromschiene 38 zur Verfügung gestellt.
Das Leistungsmodul 37 ist mit einer USV 39 verbunden, damit es bei einem Netzausfall weiterhin mit Steuerspannung versorgt werden kann. Leistungsmodul 37 und USV 39 bilden zusammen eine Energiezentrale 40.
Die Schaltzentrale 25 umfaßt ferner eine Steuereinheit 41, die eine speicherprogrammierbare Steuerung sowie fest programmierte Maschinenroutinen umfaßt. Auch für die Steuereinheit 41 ist eine USV 42 vorgesehen.
Auf der Primärseite des Leistungsmoduls 37 ist noch eine Netzausfallerkennung 43 vorgesehen, die auf einer Leitung 44 einen Netzausfall an die Steuereinheit 41 liefert. Über eine Leitung 45 schaltet die Steuereinheit 41 bei einem derartigen Netzausfall einen Schalter 46 in dem Leistungsmodul 37, wodurch die Gleichstromseite des Leistungsmoduls 37 entweder galvanisch oder logisch über Halbleiterschalter von dem Netz 29 abgetrennt wird.
An die Gleichstromschiene 38 sind vier Servomodule 47, 48, 49 und 50 angeschlossen, die einen x-Motor 51 für die x-Achse 21, einen y-Motor 52 für die y-Achse 18, einen z-Motor 53 für die z-Achse 23 sowie den Servomotor 31 der Speicherachse 24 antreiben. Ferner ist ein Spindelmodul 54 angeschaltet, über das ein Spindelmotor 55 angetrieben wird, der die Spindel 15 in Rotation versetzt.
Die Servomodule 47, 48, 49, 50, das Leistungsmodul 37 sowie das Spindelmodul 54 sind über einen Bus 57 mit der Steuereinheit 41 verbunden. Über diesen Bus 57 steuert die Steuereinheit 41 die Motoren 51, 52, 53, 55 und 31 nach Maßgabe von benutzerdefinierten Befehlen und/oder fest einprogrammierten Routinen.
Schließlich ist an die Gleichstromschiene 38 noch ein Zwischenspeicher 59 für elektrische Energie angeschlossen, der dazu dient, Spannungsschwankungen auf der Gleichspannungsseite auszugleichen.
Wenn die Netzausfallerkennung 43 erkennt, daß das Netz 29 für eine bestimmte Zeit unterhalb eines bestimmten Pegels bleibt, so wird ein Notfallprogramm in der Steuereinheit 41 angestoßen, das in Flußdiagrammform in Fig. 4 gezeigt ist.
Sobald eine Netzstörung erkannt wird, wird über die Leitung 45 und den Schalter 46 das Netz 49 von dem Leistungsmodul 37 abgetrennt. Daraufhin wird über den Bus 57 die Speicherachse 24 gestartet, indem der Schlitten 33 in Fig. 2 nach unten bewegt wird. Die gesamte zur Verfügung stehende Energie, die in der Speicherachse 24 gespeichert wird, kann auf diese Weise gezielt abgegeben werden. Die maximal gespeicherte Energie errechnet sich aus der Masse des Gewichtes 36 sowie einem Verfahrweg 61, den das Gewicht 36 von seinem oberen Anschlag bis zu seinem unteren Anschlag zurücklegen kann. Durch gezielte Ansteuerung des Servomotors 31 wird dabei gerade soviel Energie erzeugt, wie die anderen Achsen 21, 22, 23 und der Spindelmotor 55 benöti- gen, um im Rahmen einer dann gestarteten Notfallroutine dafür zu sorgen, daß das Werkzeug 14 außer Eingriff mit dem Werkstück 12 gelangt.
Dabei wird der Servomotor 31 im Nutzlastbremsbetrieb betrieben, so daß er als Generator wirkt, der durch das sich nach unten bewegende Gewicht 36 angetrieben wird. Die dabei erzeugte Spannung, die einer vollweggleichgerichteten Wechselspannung entspricht, wird durch den Zwischenspeicher 49 geglättet, der darüber hinaus Lastspitzen während der Notfallroutine ausgleicht.
Die für die Notfallroutine zur Verfügung stehende Zeit kann je nach Zustand der Werkzeugmaschine bei Netzausfall bis zu acht Sekunden betragen, was eine Zeitspanne ist, die sogar ausreicht, einen im Eingriff befindlichen Gewindebohrer wieder vollständig aus dem Werkzeug zurückzuziehen.
Nach dem Abarbeiten der Notfallroutine stoppt die Werkzeugmaschine definiert ab und kann von hier aus erneut gestartet werden, wobei dann auch die Speicherachse 24 wieder "geladen" wird, indem das Gewicht 36 wieder hochgefahren wird.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeugmaschine mit mehreren, über eine Steuereinheit (41) steuerbaren Achsen (21, 22, 23) und einer Energiezentrale (40), die aus einem Netz (29) Energie für den Betrieb der Achsen (21, 22, 23) bereitstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Energiespeicher (30) vorgesehen ist, der bei einer Störung in dem Netz (29) Energie für eine Notversorgung der Achsen (21, 22, 23) liefert.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, über die Steuereinheit (41) steuerbare Achse (24) vorgesehen ist, in der mechanische Lageenergie (36, 61) speicherbar ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Achse (24) eine im wesentlichen vertikal angeordnete Verschiebeeinheit (20) umfaßt, deren Schlitten (33) ein Gewicht (36) trägt, dessen Masse die Lageenergie bestimmt, und deren Motor (31) im Nutzlastbremsbetrieb elektrische Energie für die Notversorgung erzeugt.
.. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenspeicher (59) für elektrische Energie vorgesehen ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (43) zur Netzausfallerkennung vorgesehen ist, die eine Störung in dem Netz (29) an die Steuereinheit (41) meldet, und daß die Energiezentrale (40) einen über die Steuereinheit (41) ansteuerbaren Schalter (46) umfaßt, über den die Energiezentrale (40) von dem Netz (29) abtrennbar ist.
6. Verfahren zum Ansteuern einer Werkzeugmaschine (10), die mehrere, über eine Steuereinheit (41) steuerbare Achsen (21, 22, 23) und eine Energiezentrale (40) umfaßt, die aus einem Netz (29) Energie für den Betrieb der Achsen (21, 22, 23) bereitstellt, mit den Schritten:
Überwachen des Netzes (29) auf eine Störung,
- Starten einer mechanische Energie speichernden Notversorgung (30) für die Achsen (21, 22, 23), und
Verfahren der Achsen (21, 22, 23) nach einer Notfallroutine.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten der Notversorgung die Steuereinheit (41) eine weitere Achse (24) auslöst, in der die mechanische Energie (36, 61) gespeichert ist.
. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Achse (24) mechanische Lageenergie speichert und zur Umwandlung dieser Lageenergie in elektrische Energie gezielt nach Art einer Nutzlastbremsung angesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Nutzlastbremsung erzeugte elektrische Energie zumindest teilweise in einem Zwischenspeicher (59) für elektrische Energie zwischengespeichert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Start der Notversorgung die Energiezentrale (40) von dem Netz (29) getrennt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004046836A1 (de) * 2002-11-19 2004-06-03 Stama Maschinenfabrik Gmbh Werkzeugmaschine und verfahren zum betreiben einer solchen
CN102205512A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 大隈株式会社 用于机床的控制装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008000718A1 (de) * 2008-03-18 2009-09-24 Hiwin Mikrosystem Corp. Dreiachsige Plattform
CN102029522B (zh) * 2010-12-16 2012-07-18 北京科技大学 四轴四联动倒置式车铣复合加工装置
CN102126134B (zh) * 2011-04-11 2013-05-22 北京科技大学 五轴五联动倒置式车铣复合加工装置
DE102019001936A1 (de) * 2019-03-20 2020-09-24 Günther Zimmer Energieversorgungssystem für ein Transport- und/oder Bearbeitungssystem

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3142087A1 (de) * 1980-11-14 1982-07-08 VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin "zwanglaufsteuerung an werkzeugmaschinen mit einer schaltungsanordnung zur schadensverhuetung"
FR2576818A1 (fr) * 1985-02-06 1986-08-08 Rectification Cylindrique Fse Dispositif de securite pour degagement rapide, notamment sur une machine-outil
DE4306307A1 (de) * 1993-03-01 1994-09-08 Siemens Ag Verfahren zur Schadensverhütung an numerisch gesteuerten Maschinen bei Netzausfall
DE4312912A1 (de) * 1993-04-10 1994-10-20 Priesemuth W Energiespeicher
DE29603668U1 (de) * 1996-02-28 1996-04-25 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh, 87437 Kempten Verzahnmaschine
EP0757306A1 (de) * 1995-02-21 1997-02-05 Fanuc Ltd Verfahren und vorrichtung zur steuerung bei stromversorgungsausfall
JPH1177484A (ja) * 1997-09-08 1999-03-23 Murata Mach Ltd Ｎｃ工作機械

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT373690B (de) * 1980-06-11 1984-02-10 Rieder Heinz Messgeraet, indsbesondere laengen- oder winkelmessgeraet
DE19745233B4 (de) * 1996-10-19 2006-02-16 Horkos Corp., Fukuyama Spindel-Halterungskasteneinrichtung für Werkzeugmaschinen

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3142087A1 (de) * 1980-11-14 1982-07-08 VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin "zwanglaufsteuerung an werkzeugmaschinen mit einer schaltungsanordnung zur schadensverhuetung"
FR2576818A1 (fr) * 1985-02-06 1986-08-08 Rectification Cylindrique Fse Dispositif de securite pour degagement rapide, notamment sur une machine-outil
DE4306307A1 (de) * 1993-03-01 1994-09-08 Siemens Ag Verfahren zur Schadensverhütung an numerisch gesteuerten Maschinen bei Netzausfall
DE4312912A1 (de) * 1993-04-10 1994-10-20 Priesemuth W Energiespeicher
EP0757306A1 (de) * 1995-02-21 1997-02-05 Fanuc Ltd Verfahren und vorrichtung zur steuerung bei stromversorgungsausfall
DE29603668U1 (de) * 1996-02-28 1996-04-25 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh, 87437 Kempten Verzahnmaschine
JPH1177484A (ja) * 1997-09-08 1999-03-23 Murata Mach Ltd Ｎｃ工作機械

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 08 30 June 1999 (1999-06-30) *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004046836A1 (de) * 2002-11-19 2004-06-03 Stama Maschinenfabrik Gmbh Werkzeugmaschine und verfahren zum betreiben einer solchen
US7177720B2 (en) 2002-11-19 2007-02-13 Stama Maschinenfabrik Gmbh Machine tool and method for operating a machine tool
CN102205512A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 大隈株式会社 用于机床的控制装置
CN102205512B (zh) * 2010-03-29 2014-10-01 大隈株式会社 用于机床的控制装置
DE102011014951B4 (de) * 2010-03-29 2019-02-28 Okuma Corporation Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Also Published As

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