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Title:
METHOD FOR OPERATING A NUMERICALLY CONTROLLED PRODUCTION MACHINE, AND CORRESPONDING NUMERICAL CONTROL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/165016
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a numerically controlled production machine (2, 4) comprising at least one component (12A, 12B), which, during production of a workpiece (5), is exposed to mechanical and/or electrical loads. The loads are described by values of acceleration and/or jolting of the at least one component (12A, 12B), the values being variable within a permissible value range (LIMIT1) during normal operation. The permissible value range (LIMIT1) is determined by the design and construction of the production machine. For production of the workpiece (5), a preservation mode for reducing the mechanical and/or electrical loads is activated in a manner triggered by at least one control signal (30, 32, 34, 36). In the preservation mode, the values of acceleration and/or jolting of the at least one component (12A, 12B) are variable within a partial value range (LIMIT2), the partial value range (LIMIT2) being limited as compared to the permissible value range (LIMIT1).

Inventors:
PITZ THOMAS (DE)
SPIELMANN RALF (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/052974
Publication Date:
August 20, 2020
Filing Date:
February 06, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G05B19/404; G05B19/4065
Domestic Patent References:
WO2013143585A12013-10-03
Foreign References:
US20180126509A12018-05-10
US20120093603A12012-04-19
EP3015929A12016-05-04
GB2532096A2016-05-11
EP3015929A12016-05-04
GB2532096A2016-05-11
FR2978932A12013-02-15
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Herstel lungsmaschine (2, 4) mit mindestens einer Komponente (12A, 12B) , die bei der Herstellung eines Werkstücks (5) mechani schen und/oder elektrischen Beanspruchungen unterworfen ist, die durch Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindes tens einen Komponente (12A, 12B) beschrieben sind, wobei die Werte in einem Normalbetrieb innerhalb eines zulässigen Wer tebereichs (LIMIT1) veränderbar sind, wobei der zulässige Wertebereich (LIMIT1) durch Aufbau und Konstruktion der Her stellungsmaschine bestimmt ist, wobei ausgelöst durch mindes tens ein Steuersignal (30, 32, 34, 36) zur Herstellung des Werkstücks (5) ein Schonbetrieb zur Reduzierung der mechani schen und/oder elektrischen Belastungen aktiviert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Schonbetrieb die Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindestens einen Komponente (12A, 12B) innerhalb eines Teil- Wertebereichs (LIMIT2) veränderbar sind, wobei der Teil- Wertebereich (LIMIT2) gegenüber dem zulässigen Wertebereich (LIMIT1) eingeschränkt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bewegung der mindestens einen Komponente (12A, 12B) mindestens entlang einer Achse (14) er folgt und dass die Bewegungsgrößen eine Achsbeschleunigung umfassen .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Herstellung des Werk stücks mindestens einen ersten Herstellschritt (46) umfasst, bei dem die mindestens eine Komponente (12A, 12B) auf das Werkstück (5) einwirkt, dass die Herstellung des Werkstücks (5) mindestens einen zweiten Herstellschritt (48) umfasst, bei dem die mindestens eine Komponente (12A, 12B) nicht auf das Werkstück (5) einwirkt, dass in dem Schonbetrieb bei dem mindestens einen ersten Herstellschritt (46) die Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindestens einen Komponente (12A, 12B) innerhalb des zulässigen Wertebereichs (LIMIT1) veränderbar sind und dass in dem Schonbetrieb bei dem mindes ten einen zweiten Herstellschritt (48) die Werte von Be schleunigung und/oder Ruck der mindestens einen Komponente (12A, 12B) nur innerhalb des eingeschränkten Teil-Wertebe reichs (LIMIT2) veränderbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindes tens eine Steuersignal durch eine manuelle Eingabe (30) an einer Ein-/Ausgabeeinheit (6) der numerisch gesteuerten Her stellungsmaschine (2, 4) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindes tens eine Steuersignal von einem Zustand der mindestens einen Komponente (12A, 12B) der Herstellungsmaschine (4) ausgelöst wird .

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindes tens eine Steuersignal bei Überschreitung einer Grenztempera tur der mindestens einen Komponente (12A, 12B) der Herstel lungsmaschine (4) ausgelöst wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindes tens eine Steuersignal ferngesteuert (34) ausgelöst wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindes tens eine Steuersignal zeitgesteuert (32) ausgelöst wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Herstel lungsmaschine (2, 4) in ein Computernetzwerk (9) eingebettet ist und dass das mindestens eine Steuersignal von einem mit dem Computernetzwerk (9) verbundenen Steuerrechner vorgegeben wird .

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Herstel lungsmaschine (2, 4) als Werkzeugmaschine ausgebildet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a

d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Herstel- lungsmaschine (2, 4) als Fertigungsroboter ausgebildet ist.

12. Numerische Steuerung für eine Herstellungsmaschine (2,

4), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vor stehenden Ansprüche ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Herstel lungsmaschine sowie eine entsprechende numerische Steuerung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer nume risch gesteuerten Herstellungsmaschine mit mindestens einer Komponente, die bei der Herstellung eines Werkstücks mechani schen und/oder elektrischen Beanspruchungen unterworfen ist, die durch Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindes tens einen Komponente beschrieben sind, wobei die Werte in einem Normalbetrieb innerhalb eines zulässigen Wertebereichs veränderbar sind, wobei der zulässige Wertebereich durch Auf bau und Konstruktion der Herstellungsmaschine bestimmt ist, wobei ausgelöst durch mindestens ein Steuersignal zur Her stellung des Werkstücks ein Schonbetrieb zur Reduzierung der mechanischen und/oder elektrischen Belastungen aktiviert wird .

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine numerische Steuerung für eine Herstellungsmaschine, die zur Durchführung des Ver fahrens zum Betrieb angepasst ist.

Numerisch gesteuerte Herstellungsmaschinen, wie Werkzeugma schinen oder Industrieroboter, werden für die Produktion von Werkstücken verwendet. Beim Einsatz von Herstellungsmaschinen ist es unter anderem relevant, in welcher Zeit ein Werkstück gefertigt wird. Je kürzer die Zeit für die Bearbeitung eines Werkstückes ist, desto effizienter ist der Fertigungs- oder Herstellungsprozess. Für die Verkürzung der Bearbeitungszeit gibt es Optimierungsverfahren.

Hersteller von Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern kon kurrieren untereinander mit Schlagworten wie beispielsweise „Genauigkeit und Geschwindigkeit in der Produktion", wer die schnellste bzw. genaueste Maschine anbietet. Je genauer und/oder schneller eine Werkzeugmaschine oder ein Industrie roboter ein Werkstück fertigen kann, desto attraktiver ist diese Herstellungsmaschine für den Nutzer. Dementsprechend werden die bewegten Komponenten der Herstellungsmaschine - für die Kennzeichnung der Bewegung der Maschinenbauelemente im Raum ist der Begriff Maschinenachse gebräuchlich - für ho he mechanische Belastungen, insbesondere für hohe dynamische Belastungen, konstruiert und ausgelegt. Dabei wird bis an die Grenzen der Materialbelastung gegangen, was die Lebenszeit oder zumindest die Häufigkeit der Wartungsintervalle massiv beeinflusst. Die Belastungsgrenzen ergeben sich aus den un terschiedlichsten Belastungsarten der Maschinenelemente. Bei einer Achsmechanik aus Stahl, wie beispielsweise bei einer Kugelrollspindel, verschleißen die Führungen und Rollen- bzw. Gleitschuhe bei schnellen und häufigen Bewegungsvorgängen rasch und müssen infolgedessen oft gewartet oder auch ausge tauscht werden. Auch elektrische Komponenten, die für immer schnellere und häufigere Bewegungsvorgänge (Brems- und Be schleunigungsvorgänge) ausgelegt werden und weiterhin auch immer so klein wie möglich (wegen Einkaufkosten, Abwärme und Platzbedarf, etc.) ausgelegt werden, kommen an ihre thermi schen Grenzen. Zu den elektrischen Komponenten gehören bei spielsweise Einspeisekomponenten, über die der Verbund der Antriebe der Herstellungsmaschine mit dem elektrischen Ver sorgungsnetz verbunden ist, und Motormodule, mit denen die Antriebsmotoren der Herstellungsmaschine gesteuert werden.

Sie werden sogar an diesen Grenzen für längere Zeit betrie ben .

Viele Produktionen können im Prinzip zu jedem beliebigen Zeitpunkt gestoppt und gestartet werden. Es gibt jedoch auch Produktionen, bei denen die Werkstückqualität und/oder der Bearbeitungsprozess oder Ähnliches darunter leiden würden, wenn die Produktion beliebig gestoppt oder gestartet wird. Dies hat meist mit dem Temperaturverhalten der Herstellungs maschinen oder des Werkstücks zu tun. Ein konkretes Beispiel ist z.B. die Materialverformung durch Temperatur, wenn kein Kühlwasser mehr durch den Arbeitsraum einer vollautomatischen Fräsmaschine läuft, die elektrischen Komponenten der Achsen stromlos sind und durch die fehlende Bewegung keine Reibung mehr vorhanden ist. Das Metall verformt oder verzieht sich zwar nur geringfügig, beispielsweise um wenige Millimeter, jedoch ist damit die Geometrie bzw. die Genauigkeit der Ach sen gestört bzw. massiv verändert. Die Bearbeitungsgenauig keit entspricht durch diesen Verzug ggf. nicht mehr den Werk stückanforderungen. Eine Herstellungsmaschine kann oft die spezifizierte Bearbeitungsgenauigkeit nur dann einhalten, wenn sie im betriebswarmen Zustand ist, also wenn sie sich immer bewegt, wenn immer Kühlwasser durch den Arbeitsraum läuft, usw. Solch eine Werkzeugmaschine wird beim Start einer Produktion für ein paar Minuten oder ggf. bis zu mehreren Stunden hochgefahren, damit diese ihre Arbeitstemperatur und damit ihre Bearbeitungsgenauigkeit erreicht. Erst dann werden Werkstücke bearbeitet oder hergestellt. Oder was noch aufwän diger ist: es werden Werkstücke mit verringerter Genauigkeit gefertigt, bis die gewünschte Werkstückqualität und Werk stückgenauigkeit erreicht wird. Die mit verringerter Genauig keit gefertigten Werkstücke werden dann entsorgt.

Auch bei bestimmten Fertigungstechnologien oder Bearbeitungs arten können ein beliebiger Produktionsbeginn, ein beliebiges Produktsende oder auch eine Produktionsunterbrechung unver träglich sein. Ein Beispiel dafür ist das Fräsen eines Zahn rads, wo mehrfach miteinander verkoppelte Maschinenachsen das Werkstück und das Werkzeug so ineinander bringen, dass es nicht möglich ist, diese Produktion zu stoppen. Das Werkzeug und das Werkstück würden zerstört werden. Ein weiteres Bei spiel für eine gegen Unterbrechung unverträgliche Fertigungs technologie ist eine Laser-Bearbeitung, bei der das Werkzeug ein Laserstrahl ist, der erst über einen längeren Zeitraum in einen bestimmten Betriebszustand gebracht werden muss, damit dieser bearbeiten kann. Die Herstellung von beispielsweise großen Flugzeugbauteilen mittels einer Tapelaying-Maschine oder Fiberplacement-Maschine mit temperierten Werkstoffen (Klebebänder, etc.) und temperierten Werkstücken bzw. Werk stückformen erlaubt ebenfalls keine beliebigen Änderungen im Ablauf des Fertigungsprozesses. Aktuell gibt es bei Herstellungsmaschinen die Betriebszustän de An oder Aus. Im An-Zustand werden die Herstellungsmaschi nen bis zu den Grenzen der zulässigen Belastung von Mechanik und/oder Elektrik betrieben. Falls es der Herstellprozess oder die Produktion zulassen, werden sie in den Aus-Zustand versetzt, so dass keine Achsbewegungen mehr durchgeführt wer den. Durch das Schonen der Maschine durch Stilllegung kann jedoch eine längere Anlaufphase notwendig sein, wie vorste hend beschrieben ist. Ein „langsamer fahren" scheidet oft bei bestimmten den Prozessen oder Technologien aus, da in typi schen Bewegungsanweisungen (NC-Teileprogramm, etc.) die Posi tionen und die Geschwindigkeiten der Bewegung vorgegeben wer den. Die Geschwindigkeiten z.B. durch den Override-Schalter oder durch Änderungen am NC-Teileprogramm zu reduzieren, ist meist nicht zielführend, da bestimmte Prozesse auf Werkzeug maschinen an die Bearbeitungsgeschwindigkeit gebunden sind.

Es gibt beispielsweise eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit für eine Materialpaarung (Werkstück-Werkstoff und Schneid werkstoff) , die zu realisieren ist. Wird die Schnittgeschwin digkeit nicht eingehalten, sind Fertigungsprobleme in Form von verschlechterter Oberflächenqualität oder erhöhtem Werk zeugverschleiß die Folge.

Aus der EP 3 015 929 Al ist ein Betriebsverfahren für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei dem in Abhängigkeit von äußeren Steuersignalen Komponenten der Werkzeugmaschine nach Bedarf aktiviert und deaktiviert werden können. Als äußere Signale sind eine Benutzereingabe und Signale einer Zeitschaltuhr ge nannt. Ziel der EP 3 015 929 Al ist es, dass die Komponenten der Werkzeugmaschine in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden.

Aus der GB 2 532 096 A ist ein Betriebsverfahren für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei dem anhand von beabsichtigten Betriebsparametern ein erwarteter Energiebedarf der Werkzeug maschine ermittelt wird. Übersteigt der erwartete Energiebe darf eine vorgegebene Obergrenze, werden Betriebsparameter der Werkzeugmaschine von einer übergeordneten Steuerung so verändert, so dass der erwartete Energiebedarf unter die vor gegebene Obergrenze sinkt.

Aus der FR 2 978 932 A ist ein Betriebsverfahren für eine Bohrmaschine bekannt, bei der eine im Bohrer auftretende Tem peratur und/oder die zum Bohren erforderliche Bohrkraft er fasst wird und in Abhängigkeit hiervon die Drehzahl des Boh rers und die Vorschubgeschwindigkeit des Bohrers eingestellt werden. Ziel der Vorgehensweise der FR 2 978 932 A ist die Reduzierung des Verschleißes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Herstellungsmaschine an zugeben, mit dem bei gleichbleibender Herstellungsqualität die Intervalle zur Wartung und/oder zum Austausch von Maschi nenkomponenten verlängert sind. Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuerung anzugeben, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das eingangs ge nannte Verfahren zum Betrieb einer numerisch gesteuerten Pro duktionsanlage dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schonbe trieb die Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindes tens einen Komponente innerhalb eines Teil-Wertebereichs ver änderbar sind, wobei der Teil-Wertebereich gegenüber dem zu lässigen Wertebereich eingeschränkt ist.

Die maximal zulässige Beanspruchung wird vom Design und der Konstruktion, den zulässigen Verschleißgrenzen der mindestens einen Komponente und/oder deren thermische Belastung be stimmt. Die Reduktion dieser maximal zulässigen Beanspruchung in einem Schonbetrieb bedeutet somit eine verminderte mecha nische und/oder thermische Belastung und damit einen vermin derten Verschleiß. Der Schonbetrieb wird je nach Auslastung der Herstellungsmaschine in einem bestimmten Herstellprozess aktiviert. In dem Schonbetrieb wird die Herstellungsmaschine weiterbetrieben. Probleme durch Stillstand und erneutes An- fahren treten somit nicht auf. Insbesondere bleibt auch die Temperierung des Arbeitsraums weitgehend konstant und damit die Genauigkeit der Herstellung. Es sind keine Aufwärmphasen notwendig. Die bedarfsorientierte Vorgabe eines gegenüber dem zulässigen Wertebereich eingeschränkten Teil-Wertebereichs der die Beanspruchung kennzeichnenden physikalischen Größen kann, je nach Szenario, künden- und anwendungsspezifische Probleme im Bereich Maschinenverschleiß lösen. Durch einen dauerhaften oder auch nur zeitweiligen Betrieb der Maschine im „Wohlfühlbereich" kann die Lebenszeit der Maschine verlän gert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 gegeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 zeichnet sich dadurch aus, dass die Bewegung der mindestens einen Komponente mindestens entlang einer Achse erfolgt und dass die Bewegungsgrößen eine Achsbeschleunigung umfassen. Da die Achsbeschleunigung im Schonbetrieb nur noch in dem einge schränkten Teil-Wertebereich veränderbar ist, ist so der Ma ximalwert der Beschleunigung entlang der Achse gegenüber der zulässigen spezifizierten Achsbeschleunigung reduziert. Ach sen, deren Beschleunigung reduziert wurde, führen Geschwin- digkeitsänderungen langsamer durch, dadurch entsteht weniger mechanische Belastung und somit Verschleiß in Elektrik und Mechanik. Damit wird die große Belastung der Achsmechanik und der Elektrik durch Beschleunigungs- und Bremsvorgänge verrin gert, so dass ein Schonen stattfindet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Verfahrens gemäß Anspruch 3 zeichnet sich dadurch aus, dass die Herstellung des Werkstücks mindestens einen ersten Herstellschritt umfasst, bei dem die Komponente auf das Werk stück einwirkt, dass die Herstellung des Werkstücks mindes tens einen zweiten Herstellschritt umfasst, bei dem die Kom ponente nicht auf das Werkstück einwirkt, dass in dem Schon betrieb bei dem mindestens einen ersten Herstellschritt die Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindestens einen Komponente innerhalb des zulässigen Wertebereichs veränderbar sind und dass in dem Schonbetrieb bei dem mindestens einen zweiten Herstellschritt die Werte von Beschleunigung und/oder Ruck der mindestens einen Komponente nur innerhalb des einge schränkten Teil-Wertebereichs veränderbar sind.

Damit wird an der Technologie bzw. dem eigentlichen Bearbei- tungs- oder Herstellprozess nichts verändert, da alle zu rea lisierenden Bearbeitungsgrößen, z.B. die Schnittgeschwindig keit, gleich bleiben. Die Herstellqualität des Werkstücks ist so nicht beeinträchtigt, es wird lediglich die Zeit zwischen den einzelnen Bearbeitungs- oder Herstellschritten, also die für den mindestens einen zweiten Herstellschritt benötigte Zeit, verlängert. Im Fall einer Werkzeugmaschine werden damit beispielsweise maximalen Werte von Beschleunigung und/oder Ruck nur dann reduziert, wenn das Bearbeitungsteil nicht auf das Werkstück einwirkt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruchs 4 gegeben. Danach wird das mindestens eine Steuersignal durch eine manuelle Eingabe an einer Benutzerschnittstelle der numerisch gesteuerten Her stellungsmaschine vorgegeben. Beispielsweise teilt der Ma schinenbediener der Steuerung mit, dass in der Nachtschicht nur mit 50% der maximalen Achsbeschleunigung in allen Achsen gefahren wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruchs 6 gegeben. Danach wird das mindestens eine Steuersignal bei Überschreitung einer Grenztemperatur einer Komponente der Herstellungsmaschine ausgelöst. Für den Schonbetrieb kann so beispielsweise die Temperatur von Ach sen, Motormodulen oder Einspeisungen für die Motormodule als Kriterium für eine Reduzierung der maximalen Werte der Be schleunigung der entsprechenden Achse verwendet werden. Die zweitgenannte Aufgabe wird durch eine numerische Steue rung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Danach ist die Herstellungsmaschine zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens ausgebildet.

Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vor teile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese er reicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungs beispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugmaschinensteuerung und FIG 2 ein Funktionsdiagramm der Steuerung zur Aktivierung eines Schonbetriebs.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfin dung beziehen sich auf eine numerisch gesteuerte Herstel lungsmaschine, die als numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Mit entsprechenden, durch die Herstellungs technologie bestimmten Anpassungen, die die grundsätzliche Wirkungsweise jedoch nicht berühren, gilt die Beschreibung auch für eine Ausbildung der Herstellungsmaschine als Ferti gungsroboter. Gemeinsam ist diesen beiden Ausführungsformen der Herstellungsmaschine, dass bei einer Herstellung oder Be arbeitung eines Werkstücks numerisch gesteuerte relative Be wegungen zwischen einem Bearbeitungsteil der Herstellungsma schine und einem Werkstück stattfinden.

Die schematische Darstellung in FIG 1 zeigt eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung 2, die mit einer Werkzeugmaschine 4 zur Herstellung oder auch Bearbeitung eines Werkstücks 5 zusammenwirkt. Die Werkzeugmaschine 4 zusammen mit der ver bundenen und angepassten Werkzeugmaschinensteuerung 2 bildet eine numerisch gesteuerte Herstellungsmaschine. Der Zugang eines Anwenders oder Bedieners zu der Werkzeugmaschinensteue rungen 2 erfolgt über eine Ein-/Ausgabeeinheit 6, die auch als NC-Bedientafel bezeichnet wird. Zusätzlich ist noch eine Kommunikationsschnittstelle 8 vorgesehen, die eine Einbettung der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 4 in ein Computer netzwerk 9 ermöglicht, diese Betriebsart wird im Englischen als Distributed Numerical Control (DNC) bezeichnet.

Die Werkzeugmaschinensteuerung 2 ist unterteilt in drei

Hauptfunktionsbereiche . Ein erster Hauptfunktionsbereich, der COM-Teil 10, erfüllt Kommunikationsaufgaben mit einer ange schlossenen Peripherie, wie zum Beispiel mit der Kommunikati onsschnittstelle 8 und weiteren Eingangs- und Ausgangsbau gruppen, Sensoren, Endschaltern und Ähnlichem. Des Weiteren dient der COM-Teil 10 der Kommunikation mit der Ein-/Ausgabe einheit 6. Er stellt zudem eine Programmierungsumgebung zur Verfügung, welche mindestens einen Programmeditor, oft aber auch Simulations- und Testeinrichtungen umfasst.

Die wesentliche Aufgabe der Werkzeugmaschine 4 ist die Her stellung oder Fertigung und die Bearbeitung des Werkstücks 5, wobei Relativbewegungen zwischen einem Bearbeitungsteil 12 der Werkzeugmaschine 4 und dem Werkstück 5 stattfinden. Das Bearbeitungsteil 12 umfasst im Allgemeinen eine Vielzahl von Komponenten 12A, 12B usw., die unabhängig voneinander arbei ten oder die auch Zusammenwirken. Zu den Komponenten 12A, 12B usw. gehören auch bewegliche Komponenten. Für die beweglichen Komponenten generiert die Werkzeugmaschinensteuerung 2 Soll werte der auszuführenden Bewegungen entlang einer oder mehre rer Achsen oder Bewegungsachsen 14, die unter Einbeziehung der Antriebskomponenten in der Werkzeugmaschine 4 eine Ober flächengestalt oder Oberflächenform entsprechend den Ferti gungsvorgaben realisieren. Die zweite Hauptfunktionalität der Werkzeugmaschinensteuerungen 2, also eine Wegesteuerung und Interpolation und damit die Erzeugung von Bewegungssollwerten für die einzelnen Bewegungsachsen 14 der Werkzeugmaschine 4, ist in einem NC-Kern 16 realisiert.

Schließlich wird die dritte Hauptfunktionalität der Werkzeug maschinensteuerung 2 durch eine Anpasssteuerung 18 reali- siert, die der Anpassung der allgemeinen, auf das Werkstück 5 bezogenen Bewegungssteuerung aus dem NC-Kern 16 an die kon krete Werkzeugmaschine 4 dient. Dazu gehören das Ansteuern von Aktoren, das Erfassen von Sensorsignalen, das Realisieren von Überwachungsfunktionen, das Gewährleisten von Sicher heitsfunktionen usw. über binäre Ein-/Ausgänge 20 der Werk zeugmaschine 4. Die Anpasssteuerung 18 wird mittels einer PLC (programmable logic Controller) , also mit einer speicherpro grammierbaren Steuerung, ausgeführt.

Die daten- oder signaltechnische Verbindung der Werkzeugma schinensteuerung 2 mit der Werkzeugmaschine 4 erfolgt bezüg lich der Bewegungssollwerte für die Achsen 14 der Werkzeugma schine 4 über erste Steuerleitungen 22 und bezüglich der Ak toren und Sensoren in der Werkzeugmaschine 4 über zweite Steuerleitungen 24.

Die Werkzeugmaschine 4 ist für ihren speziellen Einsatzzweck und für die verschiedenen Betriebszustände spezifiziert und entsprechend konstruiert und ausgelegt. Die Konstruktion und Auslegung der Komponenten der Werkzeugmaschine 4 wird beson ders durch die zulässige mechanische und insbesondere durch die zulässige dynamische Belastung bestimmt. Dazu gehören die maximale Drehzahl einer Spindel, die maximale Achsgeschwin- digkeit des linearen Vorschubs entlang der Achsen 14, die ma ximale Beschleunigung entlang der Achsen 14 und der maximale Ruck auf den Achsen 14. Gleiches gilt auch für den Ruck. Die Maximalwerte der Bewegungsgrößen gelten für einen Normalbe trieb der Werkzeugmaschine 4, also einen Einsatz und einen Betrieb der Werkzeugmaschine 4 entsprechend der Spezifikati on. Die Werte der Bewegungsgrößen liegen in einem Normalbe trieb immer innerhalb eines zulässigen Wertebereichs LIMIT1, der durch die negativen und positiven zulässigen Maximalwerte begrenzt ist. Sie können für alle Achsen 14 gleich groß sein, sie können aber auch verschieden sein. Sie können zusätzlich von bestimmten Zuständen innerhalb und/oder außerhalb der Werkzeugmaschine 4 bestimmt sein, beispielsweise von der Um gebungstemperatur . Die zulässigen Wertebereiche LIMIT1 gehören zur Maschinenspe zifikation. Sie werden bei der Inbetriebnahme der numerischen Steuerung 2 zusammen mit der Werkzeugmaschine 4 der Steuerung 2 mitgeteilt, beispielsweise über Setup-Files des Werkzeugma schinenherstellers und/oder über die zweiten Steuerleitungen 24. Zusätzlich können auch über Eingabemasken und Eingabedia loge weitere Möglichkeiten zur Vorgabe der zulässigen Wer tebereiche LIMIT1 gegeben sein. Damit wird die numerische Steuerung 2 hinsichtlich der angeschlossenen Werkzeugmaschine 4 durch das Belegen der dafür vorgesehenen Systemvariablen bezüglich der Werkzeugmaschine 4 parametriert .

Die Werkzeugmaschine 4 kann zusätzlich zu dem oben beschrie benen Normalbetrieb mit den zulässigen Wertebereichen LIMIT1 in einem Schonbetrieb arbeiten. Im Schonbetrieb wird ein Teil-Wertebereich LIMIT2 aktiviert, der gegenüber dem zuläs sigen Wertebereich LIMIT1 eingeschränkt ist. Die Einschrän kung kann mittels Reduzierungsfaktoren erfolgen, es können aber auch komplexere Reduzierungsalgorithmen oder Reduzie rungstabellen oder Reduzierungskennlinien, die gegenseitige Abhängigkeiten der physikalischen Größen berücksichtigen, be nutzt werden. Der Schonbetrieb kann im Prinzip für jede Bewe gungsachse 14 der Werkzeugmaschine 4 individuell vorgegeben werden .

FIG 2 verdeutlicht die Aktivierung des Schonbetriebs. Bei spielhaft sind vier verschiedene Möglichkeiten zur Vorgabe des Schonbetriebs dargestellt. Zunächst kann ein Maschinenbe diener mittels einer manuellen Eingabe 30 über die Ein-/Aus gabeeinheit 6 vorgeben, dass die Werkzeugmaschine 4 in einem Schonbetrieb arbeiten soll. Die Vorgabe des Schonbetriebs kann alternativ mittels einer Zeitsteuerung 32 erfolgen. Bei spielsweise soll die Werkzeugmaschine 4 am Tag im Normalbe trieb und in der Nacht im Schonbetrieb arbeiten. Ebenfalls ist es möglich, den Schonbetrieb über eine Fernsteuerung 34 vorzugeben. Beispielsweise kann ein Produktionsleiter bei verringerten Herstellungsaufträgen für einen bestimmten Zeit- raum in dem Schonbetrieb eine verringerte Anzahl von Werkstü cken 5 hersteilen und dies der Werkzeugmaschine 4 über das Computernetzwerk 9 mitteilen. Ebenfalls ist es möglich, den Schonbetrieb über den Zustand von Komponenten in der Werk zeugmaschine 4 zu aktivieren. Über entsprechende Grenzwert meldungen 36, beispielsweise eine Überschreitung der zulässi gen Motor- oder Leistungselektroniktemperatur, schaltet die Steuerung 2 in den Schonbetrieb.

Ob die Werkzeugmaschine 4 im Normalbetrieb oder im Schonbe trieb arbeiten soll, hängt von einem entsprechenden Steuer signal an einer der möglichen Eingabestellen 30, 32, 34, 36 ab. Dies wird mit einer Programmverzweigung 38 verdeutlicht. Gibt es keine Anforderung, die Werkzeugmaschine 4 im Schonbe trieb zu betreiben, in FIG 2 der Ausgang "N" der Programmver zweigung 38, wird der zulässige Wertebereich LIMIT1 für alle physikalischen Stressgrößen übernommen. Die Werte der physi kalischen Größen können jeden Wert innerhalb des zulässigen Wertebereichs LIMIT1 annehmen. Sie sind durch die Spezifika tion der Werkzeugmaschine 4 bestimmt. Dieser Normalbetrieb soll durch einen ersten Zweig 40 verdeutlicht werden.

Gibt es eine Anforderung für einen Schonbetrieb, in FIG 2 der Ausgang "Y" der Programmverzweigung 38, wird zumindest für einen Herstellschritt der Teil-Wertebereich LIMIT2 übernom men. Damit werden die mechanischen und/oder elektrischen Be lastungen in diesem Herstellschritt gegenüber dem Normalbe trieb verringert.

Bei einer ersten Ausführung des Schonbetriebs wird der Teil- Wertebereich LIMIT2 sowohl für einen ersten Herstellschritt 46, bei dem das Bearbeitungsteil 12 oder einer seiner Kompo nenten 12A, 12B, usw. auf das Werkstück 5 einwirkt, als auch für einen zweiten Herstellschritt 48 übernommen, bei denen das Bearbeitungsteil 12 oder einer seiner Komponenten nicht auf das Werkstück 5 einwirkt. Zu dem zweiten Herstellschritt 48 gehören Werkzeugwechsel und Bewegungen zwischen verschie denen Bearbeitungen, die nicht kontinuierlich aufeinander folgen, beispielsweise das Bohren mehrerer gleicher Löcher hintereinander. Diese erste Ausführungsart des Schonbetriebs wird durch einen zweiten Zweig 42 verdeutlicht.

Abhängig von der Herstellungstechnologie und von Anforderung an die Herstellungsqualität kann der Schonbetrieb auch nur für den zweiten Herstellschritt 48 der Werkzeugmaschine 4 ak tiviert werden, bei denen das Bearbeitungsteil 12 der Werk zeugmaschine 4 nicht auf das Werkstück 5 einwirkt, diese dritte Ausführungsart des Schonbetriebs wird durch einen dritten Zweig 44 verdeutlicht.

Ein großer Teil des mechanischen Stresses der bewegten Kompo nenten wird durch Beschleunigungs- und Bremsvorgänge verur sacht. Bei einer einfachen und trotzdem sehr wirksamen Aus führungsart des Schonbetriebs werden die maximalen Werte der Beschleunigung und/oder des Rucks, also die Grenzen des Teil- Wertebereichs LIMIT2 für alle Bewegungsachsen 14 beispiels weise auf die Hälfte der maximalen Werte im Normalbetrieb, also der Grenzen des zulässigen Wertebereichs LIMIT1 redu ziert .

Eine Möglichkeit der Vorgabe der zweiten Maximalwerte kann mittels eines Befehls im Steuerprogramm realisiert werden mittels dessen der Maschinenführer zu einer Eingabe aufgefor dert wird. Mit der Eingabeaufforderung wird dem Maschinenfüh rer die Möglichkeit gegeben, den eingeschränkten Teil-Werte bereich LIMIT2 zu aktivieren. Damit sind dem Nutzer Zugriffs rechte zu Variablen, Parametern und zulässigen Wertebereichen gegeben, die bei der Initialisierung der Steuerung zusammen mit der Herstellungsmaschine als zulässiger Wertebereich LIMIT1 von der Herstellungsmaschine vorgegeben sind.

Eine oder auch mehrere Ausführungsarten des Schonbetriebs können als ein Schonbetriebsmodul in der Werkzeugmaschinen steuerung 2 abgespeichert sein, ähnlich wie bei der Paramet rierung bei der Inbetriebnahme der Werkzeugmaschinensteuerung 2. Das Schonbetriebsmodul kann derart ausgestaltet sein, dass die Teil-Wertebereiche LIMIT2 von einem Maschinenführer in teraktiv an der Ein-/Ausgabeeinheit 6 vorgegeben oder geän dert werden können.