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Dokumentenidentifikation DE4434059C1 04.01.1996
Titel Überwachungseinrichtung für den Zwanglauf zwischen Werkzeugdrehung und Werkstückdrehung bei CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Wälzfräsmaschinen für große Zahnräder
Anmelder Hurth Modul GmbH, 09125 Chemnitz, DE
Erfinder Hölzig, Michael, Dr., 09126 Chemnitz, DE
DE-Anmeldedatum 23.09.1994
DE-Aktenzeichen 4434059
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.01.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.01.1996
IPC-Hauptklasse B23Q 5/10
IPC-Nebenklasse B23F 23/10   B23F 5/20   G05B 19/18   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für den Zwanglauf zwischen Werkzeugdrehung und Werkstückdrehung bei CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, insbes. bei Wälzfräsmaschinen für große Zahnräder, mit einem ersten Meßsystem (11), das einer von einem Werkzeug-Antriebssystem drehangetriebenen Werkzeugspindel (3), die eine erste Leitachse bildet, zugeordnet ist und deren Drehbewegungen erfaßt und einem Steuermodul (21) als Istlage-Information zuführt, und mit einem zweiten Meßsystem (12), das einer von einem Werkstück-Antriebssystem drehangetriebenen Werkstückaufnahme, die eine Folgeachse darstellt, zugeordnet ist und dessen Drehbewegung erfaßt und dem Steuermodul (21) als Istlage-Information zuführt, wobei das Steuermodul (21) diese Daten vergleicht und bei Abweichung von vorgegebenen Sollwerten entsprechende Korrektur-Signale an das Werkstückantriebssystem gibt, und wobei bei unzulässig großen Abweichungen zwischen einer Soll- und der Istlage der Folgeachse ein Havariesignal ausgegeben wird, das in der CNC-Steuerung definierte Folgereaktionen auslöst. Zur Erhöhung der Überwachungssicherheit ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Werkzeugantriebssystem ein drittes (13) und im Werkstückantriebssystem ein viertes Meßsystem (14) vorgesehen sind, die vorzugsweise kinematisch entfernt vom ersten (11) bzw. vom zweiten (12) Meßsystem angeordnet sind, und die mit einem zweiten Steuermodul (22) verbunden sind, das die vom dritten (13) und vom vierten (14) Meßsystem ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für den Zwanglauf zwischen Werkzeugdrehung und Werkstückdrehung bei CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, insbes. bei Wälzfräsmaschinen für große Zahnräder, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Steuerungen für den elektronisch geregelten Zwanglauf zwischen der Werkzeug- und der Werkstückdrehung an Verzahnmaschinen sind beispielsweise aus der DE 31 36 390 A1 und der DE 35 40 497 A1 bekannt.

Ihr Prinzip ist hier in der Fig. 1 am Beispiel einer Wälzfräsmaschine dargestellt. Ein Motor 1 treibt über ein Getriebe 2 eine einen Wälzfräser als Werkzeug T aufnehmende Frässpindel 3. Ein Motor 4 treibt über ein Getriebe 6 einen Werkstücktisch 7, auf dem ein zu verzahnendes Werkstück W angebracht ist. Zur Realisierung des Zwanglaufs wird die drehzahl- oder lagegeregelte Drehbewegung um eine Achse B der Frässpindel 3 über ein ihr kinematisch möglichst unmittelbar zugeordnetes erstes Meßsystem 11 erfaßt und einem Steuermodul 21 im System einer CNC-Steuerung 8 als eine Leitachse des Zwanglaufs zugeführt. Analog dazu wird die lagegeregelte Drehung um eine Achse C des Werkzeugtisches 6 als Folgeachse des Zwanglaufs durch den als Servomotor ausgeführten Motor 4 und einen ihm zugeordneten Stromrichter 5 realisiert. Diese Bewegung wird durch ein dem Werkstücktisch 7 kinematisch möglichst unmittelbar zugeordnetes zweites Meßsystem 12 erfaßt und dem Steuermodul 21 als Istlage-Information zugeführt.

Dieses Steuermodul 21 bildet entsprechend einer hinterlegten Zwanglauf-Zuordnung zwischen der Frässpindel 3 und dem Werkstücktisch 7 einerseits und der Lage-Rückinformationen der Meßsysteme 21, 22 andrerseits einen Drehzahl-Sollwert für die Achse C (bzw. einen Sollwert für den Stromrichter 5 des Servomotors 4). Dabei besteht zwischen den Drehwinkeln φB und φC der beiden Achsen B und C die Beziehung

ΔφC = K · ΔφB [1]

mit K als Bearbeitungskonstante.

Eine Überwachung des Zwanglaufes erfolgt dabei insoweit, als bei festgelegten unzulässig großen Regelabweichungen zwischen dem Soll- und dem Istwert der Lage der Folgeachse C ein in der Fig. 1 symbolisch als Warndreieck dargestelltes Havariesignal ausgegeben wird, das die erforderlichen Folgereaktionen bewirkt, z. B. einen Havarie-Rückzug des Werkstücks W auslöst.

Das vorstehend beschriebene, den allgemeinen Stand der Technik wiedergebende Prinzip hat nun den Nachteil, daß nur die Bewegungen an den Meßsystemen 11, 12 verarbeitet werden, andere Fehler aber nicht erfaßt und ausgewertet werden. Hierzu zählen z. B.

  • - kinematische Störungen oder Unterbrechungen in der Zuordnung der Meßsysteme 11, 12 zur Werkzeug- bzw. Werkstück- Drehung,
  • - Fehler in der Impulsübertragung zwischen den Meßsystemen 11, 12 und dem Steuermodul 21, die von den steuerungsinternen Mitteln nicht erkannt werden, oder
  • - kinematische Fehler und unzulässig hohe Schwingungen in der Bewegung der Leitachse B zwischen dem Werkzeug T und seinem Antrieb, die insbes. durch einen dynamischen Drehmomentenwechsel am Werkzeug T hervorgerufen werden.


Diese beim Stand der Technik vorhandenen Mängel in der Überwachung können insbes. an Wälzfräsmaschinen für große Werkstücke (etwa 1000 mm Durchmesser und größer) zu erheblichen Havarie- Schäden führen, wenn z. B. die Beschädigung einer Meßsystem- Kupplung nicht zielsicher im Überwachungssystem der Maschine erkannt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß die Überwachungssicherheit erhöht und die aufgezeigten Mängel weitestgehend ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Antriebssystem des Werkzeugs T ein drittes Meßsystem 13 und im Antriebssystem des Werkstücks W ein viertes Meßsystem 14 vorgesehen ist, wobei diese zusätzlichen Meßsysteme 13, 14 möglichst kinematisch entfernt vom ersten (11) bzw. zweiten Meßsystem 12 angeordnet sind (Anspruch 1).

Zur noch weitergehenden Erhöhung der Überwachungssicherheit können in dieses System noch zusätzliche Leitachsen, z. B. die Linearachsen Y, Z einer Wälzfräsmaschine, in additiver Erweiterung der Gleichung [1] für die Folgeachse C einbezogen werden (Ansprüche 2 und 3).

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die Anordnung und Funktion des Motors 1, des Getriebes 2 und der Frässpindel 3 mit der Achse B sowie des Motors 4 samt seinem Stromrichter 5, des Getriebes 6 und des Werkstücktisches 7 mit der Achse C entspricht dem vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen Stand der Technik. Dasselbe gilt für die Anordnung und Funktion des ersten (11) und des zweiten Meßsystems 12 sowie des Steuermoduls 21 in der CNC-Steuerung 8.

Im Antriebssystem des Werkzeugs T ist an einer vom ersten Meßsystem 11 kinematisch entfernten Stelle ein drittes Meßsystem 13 vorgesehen, das mit einem zweiten Steuermodul 22 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das dritte Meßsystem 13 dem Motor 1 unmittelbar zugeordnet, wo es die Drehbewegung der Motorwelle erfaßt und dem zweiten Steuermodul 22 als eine zweite Leitachse des Zwanglaufs zuführt. Analog dazu ist im Antriebssystem des Werkstücks W an einer vom zweiten Meßsystem 12 kinematisch entfernten Stelle ein viertes Meßsystem 14 vorgesehen, das ebenfalls mit dem zweiten Steuermodul 22 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das vierte Meßsystem 14 dem Servomotor 4 unmittelbar zugeordnet, wo es die Drehbewegung der Motorwelle erfaßt und dem zweiten Steuermodul 22 als Istlage-Information zuführt.

Mit der im zweiten Steuermodul 22 ebenfalls identisch hinterlegten Zwanglauf-Zuordnung nach Gleichung (1] werden im Steuermodul 22, ausgehend von den Meßsystemen 13, 14, ein Drehzahl-Sollwert für die Achse C (bzw. ein Sollwert für den Stromrichter 5 des Servomotors 4) und ein Überwachungssignal, z. B. auf der Grundlage der festgelegten zulässigen Regelabweichung, gebildet. Beim Überschreiten der zulässigen Regelabweichungen zwischen dem Soll- und dem Istwert der Lage der Folgeachse C wird vom Steuermodul 22 ein in Fig. 2 symbolisch als Warndreieck dargestelltes Havariesignal ausgegeben, das die erforderlichen Folgereaktionen bewirkt, z. B. einen Havarie- Rückzug des Werkstücks W auslöst. Die von den Steuermodulen 21, 22 ausgegebenen Havariesignale werden somit genutzt, um nach ihrer Verknüpfung eine weitgehend auf redundante Bauelemente und Steuerfunktionen aufbauende Überwachung des Zwanglaufes zwischen Werkzeug T und Werkstück W zu realisieren.

Die dem Steuermodul 22 zugeführten Daten können noch gekoppelt werden mit Daten, die an weiteren Leitachsen abgenommenen und über diesen zugeordnete Meßsysteme den Steuermodulen 21, 22 zugeführt werden. So können beispielsweise die von an sich bekannten und deshalb nicht dargestellten Einrichtungen bewirkten Linearbewegungen des Werkzeugs W in der Y- und/oder Z-Achse (Tangential- und Axial-Vorschub) als weitere Leitachse(n) von einem fünften Meßsystem 15 erfaßt und den Steuermodulen 21, 22 zugeführt werden, wo sie analog zu den von den anderen Meßsystemen gelieferten Daten verarbeitet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Überwachungseinrichtung für den elektronischen Zwanglauf zwischen Werkzeugdrehung und Werkstückdrehung bei CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, insbes. bei Wälzfräsmaschinen für große Zahnräder,

    mit einem ersten Meßsystem (11), das einer von einem Werkzeug- Antriebssystem drehangetriebenen Werkzeugspindel (3), die eine erste Leitachse bildet, zugeordnet ist und deren Drehbewegungen erfaßt und einem Steuermodul (21) in der CNC-Steuerung (8) als Istlage-Information zuführt,

    und mit einem zweiten Meßsystem (12), das einer von einem Werkstück-Antriebssystem drehangetriebenen Werkstückaufnahme (Werkstücktisch 7, Achse C), die eine Folgeachse darstellt, zugeordnet ist und dessen Drehbewegung erfaßt und dem Steuermodul (21) als Istlage-Information zuführt,

    wobei das Steuermodul (21) diese Daten vergleicht und bei Abweichung von vorgegebenen Sollwerten entsprechende Korrektursignale an das Werkstück-Antriebssystem gibt,

    und wobei bei unzulässig großen Abweichungen zwischen einer Soll- und der Istlage der Folgeachse ein Havariesignal ausgegeben wird, das in der CNC-Steuerung definierte Folgereaktionen auslöst,

    dadurch gekennzeichnet, daß im Werkzeug-Antriebssystem ein drittes Meßsystem (13) und im Werkstück-Antriebssystem ein viertes Meßsystem (14) vorgesehen sind, die vorzugsweise kinematisch entfernt vom ersten (11) bzw. vom zweiten (12) Meßsystem angeordnet sind, und die mit einem zweiten Steuermodul (22) in der CNC-Steuerung verbunden sind, das die vom dritten (13) und vom vierten (14) Meßsystem gelieferten Daten vergleicht und bei unzulässig großen Abweichungen zwischen einem Soll- und einem Istwert ein Havariesignal ausgibt, das nach logischer Verknüpfung mit dem vom ersten Steuermodul (21) ausgegebenen Havariesignal die in der CNC-Steuerung (8) definierten Folgereaktionen auslöst.
  2. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuermodulen (21, 22) die Soll- oder Istwerte von Meßsystemen (15) weiterer Leitachsen zugeführt und dort in die Steuerung der Folgeachse (C) bzw. in deren Überwachung einbezogen werden.
  3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 für eine Wälzfräsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß deren Axial- bzw. Tangentialvorschub-Achsen (Y, Z) die weiteren Leitachsen bilden.






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