VDI 2852 Blatt 3-2001 Characteristic values of numerically controlled production plants - Positioning time spindle acceleration time waiting time.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKenngren numerisch gesteuerter FertigungseinrichtungenPositionierzeit, Spindelbeschleunigungszeit,WartezeitCharacteristic values of numericallycontrolled production plantsPositioning time, spindle acceleration time,waiting timeVDI 2852Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischI

2、ssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Ausschuss Einsatz moderner Produktionssysteme Mensch, Maschine, OrganisationVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved

3、Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 25.040.20; 25.060.20Dezember 2001December 2001The German version of this guideline s

4、hall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt Seite1 Ziel der Richtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Definition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1 Definition der Positionierzeit TP. . . . . . 22.2 Definition der Spindelb

5、eschleunigungs-zeit TBSp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Definition der Wartezeit TW. . . . . . . . . 23 Randbedingungen zur Ermittlung von TP,TBSpund TW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . 33.2 Positionierwege . . . . . . . . . . . . . . .

6、33.2.1 Linearachsen . . . . . . . . . . . . . 33.2.2 Rotationsachsen . . . . . . . . . . . 33.3 Drehzahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.4 Wartezeit TW. . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Messung und Auswerteschema . . . . . . . . 44.1 Messung der Positionierzeit TP. . . . . . . 44.2 Messung

7、 der Spindelbeschleunigungs-zeit TBSp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Messung der Wartezeiten TW. . . . . . . . 54.4 Auswerteschema . . . . . . . . . . . . . . 54.4.1 Maschinendaten . . . . . . . . . . . 54.4.2 Wertetabellen. . . . . . . . . . . . . 64.4.3 Grafische Darstellung . . . . . .

8、 . . 65 Ergebnisauswertung . . . . . . . . . . . . . . 75.1 Referenzwerkstck . . . . . . . . . . . . . 75.2 Laufzeitermittlung. . . . . . . . . . . . . . 7Contents Page1 Purpose of the guideline . . . . . . . . . . . . 22 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1 Definition of the po

9、sitioning time TP. . . . 22.2 Definition of the spindle acceleration time TBSp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Definition of the waiting time TW. . . . . . 23 Basic conditions for the calculation of TP, TBSpand TW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Terminology . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . 33.2 Positioning distances. . . . . . . . . . . . . 33.2.1 Linear axes . . . . . . . . . . . . . . 33.2.2 Rotation axes . . . . . . . . . . . . . 33.3 Speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.4 Waiting time TW. . . . . . . . . . . . . . . 34 Measurement and evaluation scheme .

11、 . . . . 44.1 Measurement of the positioning time TP. . 44.2 Measurement of the spindle acceleration time TBSp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Measurement of the waiting times TW. . . . 54.4 Evaluation scheme. . . . . . . . . . . . . . 54.4.1 Machine data . . . . . . . . . . . . . 54.4.2 V

12、alue tables . . . . . . . . . . . . . . 64.4.3 Graphic representation . . . . . . . . 65 Evaluation of results. . . . . . . . . . . . . . . 75.1 Reference workpiece. . . . . . . . . . . . . 75.2 Throughput time calculation. . . . . . . . . 7Frhere Ausgabe: 7.93 Entwurf,deutschFormer edition: 7/93 dr

13、aft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20012 VDI 2852 Blatt 3 / Part 31 Ziel der RichtlinieZiel dieser Richtlinie ist es, Kenngren des Neben-zeitverhaltens von NC-Anlagen eindeutig zu definie-r

14、en, um vergleichende Betrachtungen hnlicher An-lagen zu ermglichen.In dieser Richtlinienreihe werden beschrieben:Blatt 1 die Span-zu-Span-Zeit“ bei automati-schem WerkzeugwechselBlatt 2 die Palettenwechsel-Zeit“ und Werk-stckfolge-Zeit“ bei automatischem Werk-stck-Paletten wechselBlatt 3 die restlic

15、hen Nebenzeiten, die sich ausPositionierzeit“, Spindelbeschleuni-gungszeit“ und Wartezeit“ zusammenset-zenDie zunehmende Bedeutung der in Blatt 3 genanntenNebenzeiten ergibt sich aus den immer krzer wer-denden Werkzeugeingriffszeiten leistungsfhigererMaschinen und Werkzeuge und dem dadurch prozen-tu

16、al ansteigenden Anteil der Nebenzeiten.2 Definition2.1 Definition der Positionierzeit TPIn Anlehnung an VDI 3427 Blatt 2 DynamischesVerhalten von numerischen Bahnsteuerungen anWerkzeugmaschinen“ ist die Positionierzeit TPalsZeit zwischen dem Ende einer Vorschubbewegungund dem Beginn der nchsten Vors

17、chubbewegung zuverstehen. Sie enthlt neben der eigentlichen Positio-nierzeit auch die anfallenden Wartezeiten auf Grundvon Schaltzeiten und steuerungsinternen Verarbei-tungszeiten.2.2 Definition der Spindelbeschleunigungszeit TBSpDie Spindelbeschleunigungszeit TBSpist die Zeit zwi-schen dem Ende ein

18、er Vorschubbewegung ohneSpindeldrehzahl und dem Beginn der nchsten Vor-schubbewegung, die dann startet, wenn die program-mierte Drehzahl der Arbeitsspindel erreicht ist. Sieenthlt analog zur Positionierzeit anfallende Warte-zeiten auf Grund von Schaltvorgngen und steue-rungsinternen Verarbeitungszei

19、ten. Analog kann eineSpindelbremszeit ermittelt werden.2.3 Definition der Wartezeit TWAls Wartezeit ist die Summe der Zeiten definiert, dieber die Werkzeugwechsel-, die Positionier- und dieSpindelbeschleunigungszeit hinaus zu einer Verln-gerung der Programmlaufzeit (ohne Vorschubzeitan-teil) fhrt. D

20、ies knnen z.B. Lnetten- und Reitstock-1 Purpose of the guidelineThe purpose of this guideline is to clearly definecharacteristic values for the idle time behaviour ofNC systems in order to allow comparative observa-tion of similar systems.This series of guidelines describes:Part 1 the ”cut-to-cut ti

21、me“ for automatic toolchangePart 2 the ”pallet change time“ and “workpiece se-quence time“ for automatic workpiece pal-let changePart 3 the remaining idle times comprised of the”positioning time“, the ”spindle accelera-tion time“ and the “waiting time“The increasing importance of the idle times cite

22、d inPart 3 is a result of the increasingly shorter tool en-gagement times of more efficient machines and toolsand the resulting percentage increase in the propor-tion of idle times.2 Definition2.1 Definition of the positioning time TPOn the basis of VDI 3427 Part 2 ”Dynamisches Ver-halten von numeri

23、schen Bahnsteuerungen anWerkzeugmaschinen“ (Dynamic behaviour of nu-merical path controls on machine tools, in Germanonly) the positioning time TP can be defined as thetime between the end of one feed motion and the be-ginning of the next feed motion. In addition to the ac-tual positioning time, it

24、also contains the waitingtimes resulting from switch times and internal controlprocessing times.2.2 Definition of the spindle acceleration timeTBSpThe spindle acceleration time TBSpis the time be-tween the end of a feed motion without spindle rota-tion and the beginning of the next feed motion which

25、starts when the programmed speed of the workingspindle has been reached. Analogously to the posi-tioning time, it also contains waiting times resultingfrom switch times and internal control processingtimes. A spindle braking time can be calculated anal-ogously.2.3 Definition of the waiting time TWTh

26、e waiting time is defined as the sum of the times inexcess of the tool change, positioning and spindle ac-celeration times leading to a prolongation of the pro-gram execution time (without the feed time portion).This can include headstock and tailstock movements,B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DC

27、CB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 2852 Blatt 3 / Part 3 3bewegungen, Spanndruckvernderungen und sons-tige konzeptionell bedingte Zusatzbewegungen sein.3 Randbedingungen zur Ermittlung von TP, TBSpund TW3.1 BegriffsbestimmungenTPPos

28、itionierzeitTBSpSpindelbeschleunigungszeitTWWartezeitT Programmlaufzeitn Spindeldrehzahlu PositioniergeschwindigkeitDie Programmlaufzeit T ist die Summe aller Neben-zeiten einschlielich der Vorschubzeiten (siehehierzu Abschnitt 5.2).3.2 Positionierwege3.2.1 LinearachsenDie Stufung der zu fahrenden W

29、ege erfolgt nach derNormzahlreihe R1, also (in mm) 1; 2,5; 6,3; 10; 25;63; 100; 250; 630 usw. innerhalb des Arbeitsbereichsder Maschine.3.2.2 RotationsachsenDie Stufung der anzusteuernden Positionen ist in denWinkelschritten 1, 5, 30, 90, 180, 360 vorzu-sehen.3.3 DrehzahlenDie Stufung der zu fahrend

30、en Drehzahl erfolgt in denSchritten (in min1) 100, 250, 630, 1600, 4000, 6300,10000. Bei Gromaschinen ist diese Reihe um einenentsprechenden Faktor (z.B. 10) abzusenken (gege-benenfalls ist die nchstliegende Drehzahl zu wh-len).3.4 Wartezeit TWElemente der Wartezeit wie Reitstockbewegungen,Lnettenbe

31、wegungen usw. liegen funktionsbezogenals Einzelgre entsprechend der technischen Aus-rstung einer Maschine vor.alterations in chucking pressure and other additionalmovements depending on the concept.3 Basic conditions for the calculation of TP, TBSpand TW3.1 TerminologyTPpositioning timeTBSpspindle a

32、cceleration timeTWwaiting timeT program execution timen spindle speedu positioning speedThe program execution time T is the sum of all idletimes including the feed times (see also Section 5.2).3.2 Positioning distances3.2.1 Linear axesThe distances to be covered are incremented on thebasis of the pr

33、eferred number series R1, i.e. (in mm)1; 2,5; 6,3; 10; 25; 63; 100; 250; 630 etc. within theworking range of the machine.3.2.2 Rotation axesThe set positions should be incremented in anglesteps of 1, 5, 30, 90, 180, 360.3.3 SpeedsThe speeds to be attained are incremented in steps of100, 250, 630, 16

34、00, 4000, 6300, 10000 (in min1).In large machines this sequence must be reduced byan appropriate factor (e.g. 10), (the next speed can beselected as appropriate).3.4 Waiting time TWElements of the waiting time such as headstock andtailstock movements etc. are given as an individualvalue, depending o

35、n the function and in accordancewith the technical equipment of a machine.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20014 VDI 2852 Blatt 3 / Part 34 Messung und Auswerteschema4.1 Messung der Positionierzeit TPa) Zei

36、terfassung durch Tachosignal und geeignetesRegistriergert hnlich VDI 3427 Blatt 2, Ab-schnitt 3.2 und Abschnitt 3.3Mit einem geeigneten Registriergert wird wh-rend des Programmablaufs das (vom Steller desjeweiligen Vorschubantriebs gelieferte) Mess-signal des Geschwindigkeits-Istwertes (z.B. Ta-chos

37、pannung) mitgeschrieben. Die Positionierzeitfr die einzelnen Bewegungsschritte ergibt sichaus der Differenz zwischen dem jeweiligen Start-punkt der Bewegung und demjenigen des nachfol-genden Schrittes.b) Zeiterfassung mit StoppuhrDie beim Anwender bliche Vorgehensweise wirdeine Messung mit Stoppuhr

38、sein. Um dabei eineausreichende Messgenauigkeit zu erreichen, sollteje Messkriterium eine Messzeit von 5 bis 10 s er-reicht werden. Dies bedeutet, dass kleine Wegeentsprechend oft zu wiederholen sind. Der Mess-punkt fr den Start ist dabei die Anzeige des Be-ginns der Achsbewegung auf dem Monitor der

39、Steuerung, der Messpunkt fr das Ende ist die An-zeige des Beginns einer anderen Achse. Fr dieMessung der X-Achse wird z.B. am Ende einZ-Weg programmiert, mit einer Dauer von 10 s,also Z = 10 mm, f = 60 mm/min. Wird eine Stopp-uhr mit Schleppzeiger verwendet, kann in dieserZeit von 10 s der Wert fr d

40、ie jeweilige Messstre-cke in einer Wertetabelle dokumentiert werden.Sollte bei kleinen Wegstrecken der maximale Ver-fahrweg, der sich aus der Forderung 5 bis 10 s“ er-gibt, nicht ausreichen, ist ein Richtungswechsel vor-zunehmen.Das Vorgehen bei Rundachsen unterscheidet sichnicht von dem bei Lineara

41、chsen. Bei C-Achsen vonDrehmaschinen ist die Positionierung aus einer belie-bigen Stellung heraus vorzunehmen, um ein eventu-ell notwendiges Referenzpunkt-Anfahren in die Mes-sung zu integrieren.Zustzliche Ermittlung der EilganggeschwindigkeitDie Ermittlung der maximalen Eilganggeschwindig-keit kann

42、 bei einer Laservermessung nachVDI/DGQ3441 (durch Umschalten des Interfero-meters) erfolgen. Ersatzweise wird eine definierteWegstrecke mit Stoppuhr gemessen, indem mit flie-gendem Start ber zwei Markierungen gefahren wird;sie wird allerdings bei kurzen Wegen ( 20 m/min) zu ungenau.4 Measurement and

43、 evaluation scheme4.1 Measurement of the positioning time TPa) Time registration using a tachometer signal and asuitable registration device similar to VDI 3427Part 2, Section 3.2 and Section 3.3While the program is running, the measurementsignal (supplied by the control element of the re-spective f

44、eed drive) of the actual speed value (e.g.tachometer voltage) is recorded by a suitable reg-istration device. The positioning time for the indi-vidual movement steps is the difference betweenthe respective starting point of the movement andthat of the subsequent step.b) Time registration using a sto

45、pwatchUsers will generally apply the stopwatch method.In order to achieve adequate measurement accu-racy, a measurement time of 5 to 10 secondsshould be achieved for each measurement crite-rion. This means that short distances have to be re-peated accordingly. The measurement point forthe start is t

46、he display of the beginning of the axismotion on the control monitor, the measurementpoint for the end is the display of the beginning ofa new axis. For the measurement of the X-axis, forexample, a Z-path is programmed at the end witha duration of 10 seconds, i.e. Z = 10 mm,f =60mm/minute. If a stop

47、watch with dragpointer is used, the value for the respective meas-urement distance can be documented in a table ofvalues in this period of 10 seconds.If, in the case of short distances, the maximum patharising from the requirement ”5 to 10 seconds“ is tooshort, a change of direction must be made.The

48、 procedure for round axes is the same as that forlinear axes. In the case of C-axes on lathes the posi-tioning can be made from any random point in orderto be able to integrate, as necessary, the approach to areference point in the measurement.Additional calculation of the rapid traverse speedThe ma

49、ximum rapid traverse speed can be calculatedby laser measurement in accordance withVDI/DGQ3441 (by switching over the interferom-eter). Alternatively, a defined path can be measuredby stopwatch by passing two markings with a flyingstart. This, however, is not sufficiently accurate forshort distances (20m/min).B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 2852 Blatt 3 / Part 3 54.2 Messung der Spindelb