Obwohl das Konzept einer Y-Achse bei einem mehrachsigen, angetriebenen Werkzeug auf einer CNC-Drehmaschine einfach erscheint, ist die nichtorthogonale Bewegung dieser Achse sowie deren Besonderheiten oft komplexer als erwartet. In diesem Blog erkläre ich daher die Y-Achsen-Bewegung und wie es zu Überschreitungen des Verfahrwegs kommen kann.
Wenn wir die X- oder Z-Achse einer Drehmaschine manuell verfahren, ist das Verhalten der Maschine leicht nachvollziehbar. Beide Achsen laufen auf präzisen Linearführungen, die den gesamten Verfahrweg der jeweiligen Achse abdecken. Die Länge des Verfahrwegs bestimmt dabei auch die Gesamtausmaße der Maschine. Je weiter beispielsweise die Z-Achse verfährt, desto länger muss das Maschinenbett sein. Das Verfahren der Y-Achse hingegen ist nicht so direkt verständlich (Abbildungen 1b & 1c).
Bei den meisten mehrachsigen Drehmaschinen mit Y-Achse erfolgt die Bewegung nicht orthogonal, das heißt, sie verläuft nicht linear oder im rechten Winkel. Die Verfahrbewegung der Y-Achse wird durch ein Keil-Prinzip (Wedge-Design) realisiert, bei dem die senkrechte Bewegung durch das Zusammenspiel zweier Maschinenteile erreicht wird (Abbildung 1a).
Erhält die Steuerung einen Y-Achsen-Befehl, so ergibt sich die gewünschte Bewegung der Werkzeugspitze durch die kombinierte Bewegung dieser beiden Komponenten, die den Keil bilden (Abbildungen 2a, 2b und 2c). Letztlich entsteht so eine scheinbar rechtwinklige Bewegung der Achse, ermöglicht durch das nichtorthogonale Verfahren der Maschinenelemente.
Diese Y-Achsen-Bewegung erlaubt es zudem, mehrere Werkzeuge an einer Werkzeugstation einzusetzen, da die Achse verschoben werden kann und mehrere Werkzeugversätze für denselben Revolverplatz eingelernt werden können (Abbildung 4a). Diese Funktionalität ist nicht auf angetriebene Werkzeuge beschränkt, sondern gilt ebenso für statische Werkzeugeinsätze mit Doppel- oder Vierfachhaltern. Auch bei der Bearbeitung an Gegenspindeln kann der Einsatz von Vierfachhaltern diese Mehrfachwerkzeugfähigkeit für Sekundärbearbeitungen erweitern (Abbildung 4b).
Nachdem wir das Prinzip der Y-Achsenbewegung verstanden haben, kommen wir zu einem Problem, das bei Werkzeugwechseln auftreten kann. Da sich die Position der X-Achse für Werkzeugwechsel stets auf die Werkzeugspitze bezieht, nehmen wir an, dass die Y-Achse nicht in Null- oder Grundstellung (also im Zentrum des Y-Hubs) steht, und die X-Achse sich innerhalb ihres zulässigen Bereichs befindet. Dennoch erscheint eine „Verfahrweg überschritten“-Meldung und die Maschine stoppt. Woher kommt dieser Fehler?
Die folgenden Abbildungen verdeutlichen die Ursache für diesen Fehler. In Abbildung 3a befindet sich die X-Achse am Ende ihres Verfahrwegs, während die Y-Achse in Nullstellung ist. In Abbildung 3b fährt die Werkzeugspitze auf eine positive Y-Position von 50. Der Revolver kann diese Position erreichen, indem er sich einfach entlang des Keils verschiebt, ohne dass die X-Achse bewegt werden muss.
In Abbildung 3d hingegen erfordert die angegebene Position sowohl die Bewegung des Keils als auch der X-Achse: Der Keil müsste sich negativ bewegen, die X-Achse jedoch positiv. Da sich die X-Achse aber bereits am Ende ihres Verfahrwegs befindet und nicht weiter nach vorne bewegt werden kann, gibt die Steuerung einen Fehler aus und stoppt die Maschine.
Tritt diese Situation während einer Bearbeitung auf und liegt die Zielposition außerhalb des Maschinenverfahrwegs, ist eine Programmkorrektur erforderlich. Alternativ könnten auch die Werkzeuglänge oder die Wahl des Halters angepasst werden, um das Problem zu lösen. In jedem Fall liegt die Verantwortung bei Programmierer und Bediener.
Entsteht das Problem hingegen beim Verfahren der Maschine in die Werkzeugwechselposition, bietet die Steuerungssoftware eine Lösung: Sobald die Steuerung erkennt, dass der Revolver in die Werkzeugwechselposition fährt, wird die Y-Achse automatisch in die Nullstellung zurückgefahren. So wird ein Fehler durch Verfahrwegüberschreitung vermieden.
