Die Elektronische Leitspindel – Zyklensteuerung für Drehmaschinen

NEUE VERSION: Neue Hardware Version 3 mit 150% schnellerem Kern, neue Taster, Abschaltbaren Endstufenausgängen, optionale herausgeführte SUBD-Stecker mit Signalen aller Taster und I/Os

Die ELS ist ein eigenständiges Steuergerät, dass autonom Steuersignale für Schrittmotorendstufen erzeugt. Es verwendet dafür die Signale die von einem Inkrementalencoder an der Spindel geliefert werden. So erfolgen alle Bewegungen streng synchron zur Spindelumdrehung. Es kann nahezu alle Operationen automatisch durchführen, die man an einer Drehmaschine von Hand machen kann: Langdrehen, Plandrehen, Gewinde (auch mehrgängige, Zoll usw.), Kegel, Radien, alles innen und außen, Freistiche, Schleifen/Stoßen und Spindelwinkelanzeige. Dazu gibt es noch 2 Getriebemodi die einfach nur das Getriebe emulieren, aber eben mit einstellbarer Übersetzung.

Der große Vorteil dabei ist die Tatsache, dass man den Vorschub in mm/Umdrehung frei einstellen kann (in 0,001mm Schritten) ohne dass man noch Wechselräder wechseln muss oder das Getriebe schalten muss. Man kann also mit 0,1mm/U eine Welle schlichten um dann gleich im Anschluss mit 2mm/U ein Gewinde darauf zu drehen.
Außerdem erfasst es die Positionen der Z und X-Achse und ersetzt so quasi eine Positionsanzeige.

Die “elektronische Leitspindel” ist eine einzigartige einfache Zyklensteuerung die aus einer einfachen Drehmaschine eine automatische Zyklen-Drehmaschine macht.  Sie ersetzt das Getriebe komplett und treibt über Schrittmotoren den Bettschlitten und den Querschlitten der Drehmaschine an. Dadurch können beliebige Steigungen* auf Knopfdruck eingestellt werden. Die Steuerung kann dabei exakt Positionen anfahren, automatisch Schnittvorgänge durchführen und Gewinde schneiden, Drehfutter-Winkel messen, sogar eine Schleif-Funktion ist enthalten. Als Premium-Funktion ist auch das vollautomatische Kegel- und Radiendrehen mit Schneidradiuskompensation enthalten.  Alles in einer Software, die dazu noch aktiv weiter entwickelt wird.

*Steigungen im Bereich des maximal für die Steuerung mögliche. Berechnen können Sie das mit einer unserer Excel-Tabelle

Leichte Bedienung

Besonderer Wert wurde auf die leichte Bedienung gelegt: Alle Zyklen erwarten dieselben 3 Einstellungen:

  1. Vorschubgeschwindigkeit in mm/U
  2. Weg nach -Z in mm
  3. Weg nach -X in mm

Das wars. Mehr müssen Sie nicht eingeben um eine Welle exakt abzudrehen, ein Gewinde zu erstellen oder einen Kegel oder Radius zu drehen.
Sie benötigen keine Zeichnung, kein CAM, keine Programmierung. Die ELS funktioniert eigenständig ohne PC, ohne Bildschirm und Tastatur!
Die Werte werden ganz einfach und schnell mit einem Drehknopf eingegeben. Wenn der Nullpunkt steht genügt ein Druck auf START und schon geht es los. 

Made and invented in Germany.

Die ELS wird in der Rocketronics-Manufaktur entworfen, programmiert und in Eigenarbeit hergestellt.

 

NIE WIEDER WECHSELRÄDER WECHSELN!

Nie wieder Wechselräder wechseln!

Das äußerst lästige Wechselräder-Wechseln ist mit der „Elektronischen Leitspindel“ nicht mehr notwendig, Sie können die Zahnräder komplett ausbauen. Stattdessen bauen Sie an die Spindel einen inkrementellen Drehencoder an, und an die Leitspindel einen Schrittmotor. Die Steuerung kann durch die Signale des Drehencoders die Leitspindel exakt synchron zur Spindel antreiben.

Damit kann dann neben der normalen Getriebefunktion (Links und Rechtslauf) manuell verfahren werden, aber auch Gewinde geschnitten werden, wobei Sie jederzeit eine beliebige Steigung in 0,001mm/Umdrehung-Schritten einstellen können! Zoll-Gewinde sind damit also auch machbar.

Dabei sind exakte Positionierungen möglich, da immer ein Endpunkt angegeben werden kann, bis zu dem gefahren werden soll. Damit kann in vielen Fällen ein Messsystem überflüssig werden, und Innendrehen verliert seinen Schrecken. Die Genauigkeit der Positionierung ist sehr hoch, hängt natürlich auch von der Maschine ab, aber kann an einer Wabeco D4000 mit gut und gerne 1/100mm angegeben werden.

 

 


 


Betriebsmodi:

AUßENDREHENINNENDREHENPLANDREHENABSTECHENGEWINDEDREHENKEGELRADIENSCHLEIFEN/STOßENWINKELMESSUNGPOSITIONSANZEIGEGETRIEBEMODUS1-ACHS-MODUSEINSTELLUNGEN

Klassisches Außendrehen, von rechts kommend fährt der Drehstahl nach links und fährt auf Wunsch in mehreren Zustellungen die Länge ab bis der Solldurchmesser erreicht ist. Es werden dabei die Schrupp- und Schlichteinstellungen berücksichtigt um eine notwendige Anzahl an Zustellungen in X-Richtung zu berechnen, vor Abfahrt kann man die Anzahl der Zustellungen noch sehr einfach den Wünschen anpassen. Der Vorschub in Z ist dabei an der Spindeldrehzahl gekoppelt, X und Z sind in 0.01mm-Schritten verstelbar.

Auch manuelle Fahrten in Z-Richtung sind möglich, auf genaue Endpositionen oder ganz frei bis man selbst wieder stoppt.

 

Wie Außendrehen, nur dass hier die X-Achse in die andere Richtung zugestellt wird.

Auch hier ist manuelles Verfahren möglich, so dass man wie früher schrittweise an einen Innendurchmesser anfahren kann.

Die Steuerung arbeitet sehr exakt und erlaubt es auch Passungen gezielt zu drehen, Zustellungen von 0.01mm sind möglich.

 

Klassisches Plandrehen, wobei das Stirnende des Werkstücks geplant wird.

Der Vorschub nach X ist an der Spindeldrehzahl gekoppelt, man kann also durch manuelles Erhöhen der Drehzahl auch den Vorschub erhöhen.

Automatisches Plandrehen mit einstellbaren Tiefen ist möglich, ebenso wie manuelles Fahren für schnelles grobes Abdrehen.

 

Exaktes Abstechen mit gleichmäßigem Vorschub, der Vorschub nach X ist an der Spindeldrehzahl gekoppelt, man kann also durch manuelles Erhöhen der Drehzahl auch den Vorschub erhöhen.

Durch die gleichmäßige Bewegung gelingt das Abstechen viel besser als manuell, selbst in Stahl stechen kleine Maschinen damit sehr einfach ab.

Auch hier ist automatisches Fahren auf eine Tiefe in X möglich, aber auch manuelles fahren bis man selbst abbricht.

AUßENGEWINDE

Die Funktion, die sicher die Meisten interessiert: Vollautomatisches spindelsynchrones Gewindedrehen. Steigungen von 0.01 bis 8 mm sind hier möglich, sofern die empfohlenen Bedingungen erfüllt sind (Siehe unten).

Das Gewinde wird streng synchron zur Spindelumdrehung geschnitten, Drehzahlschwankungen werden dabei 1:1 mit übersetzt, was Steigungsfehler zuverlässig verhindert. Auch arge Drehzahleinbrüche beim ersten Eingriff des Drehstahls werden ausgeglichen.  Die Steigung kann in µm eingestellt werden, was auch zöllige Gewinde ermöglicht. Länge und Schnittiefe können eingestellt werden, die Tiefe wird dann in mehreren, von der Steuerung berechneten, abnehmenden Zustellungen gefahren, diese können vor Beginn des Vorgangs einfach geändert werden.

Zwischen einzelnen Vorgängen kann manuell verfahren werden oder das Drehfutter gedreht werden, um z.B. mit Muttern das Gewinde zu prüfen. Die Gewinderille wird danach wieder exakt getroffen. Es sind sowohl Links als auch Rechtsgewinde möglich. Der Schnitt kann bei 0 beginnen, da die Steuerung selbstständig ausreichend zurückfährt damit schon bei 0 mit der richtigen Steigung geschnitten wird. Dadurch fährt dieser Modus in Z-Richtung über 0 hinaus. Möchte man das nicht, weil z.B. ein Reitstock im Weg ist gibt es eine Alternative: 

 

AUßENGEWINDE <0

Dieser Modus schneidet auch Außengewinde, fährt dabei aber nie über 0 hinaus, und verhindert so ein Auffahren auf einen Reitstock. Da die Z-achse aber einen Beschleunigungsweg benötigt bis der korrekte Vorschub erreicht ist, muss man selbst ausreichend weit zurückstellen damit bei Werkstückanfang der Sollvorschub erreicht ist. Näheres steht dazu im Handbuch.

 

 

 

 INNENGEWINDE

Wie Außengewinde, nur dass hier die X-Achse in die andere Richtung verfahren wird.

Auch hier sind Links und Rechtsgewinde möglich. Durch die einstellbare Tiefe ist Innengewindedrehen sehr sicher, es besteht keine Gefahr aus Unachtsamkeit das Futter zu treffen.

 

 

LINKSGEWINDE

Grundsätzlich kann man auch Linksgewinde drehen, man muss dazu aber den Drehstahl umdrehen oder einen geeigneten Drehstahl besitzen. Man lässt dazu dann einfach die Spindel anders herum laufen, die Funktionen sind dieselben.

MEHRGÄNGIGE GEWINDE

Auch das ist möglich, dazu stellt man das Drehfutter nach dem ersten Gewindeschnitt um einen Winkelbetrag weiter (das geht im im “Winkel”-Modus), und setzt den Winkel dann wieder auf 0°. Dann schneidet man das nächste Gewinde, welches dann um den Winkel versetzt gedreht wird.

AUßENKEGEL

Dieser Modus erlaubt das Drehen von Kegeln. Von rechts kommend wird der Drehstahl nach Z und +X  in mehreren Zustellungen verfahren bis der Solldurchmesser erreicht ist. Es werden dabei die Schrupp- und Schlichteinstellungen berücksichtigt um eine notwendige Anzahl an Zustellungen in X-Richtung zu berechnen, vor Abfahrt kann man die Anzahl der Zustellungen noch sehr einfach den Wünschen anpassen. Der Vorschub in Z ist dabei an der Spindeldrehzahl gekoppelt, X und Z sind in 0.01mm-Schritten verstelbar. Der Radius der Schneide wird kompensiert, dazu kann der Radius angegeben werden.

 

INNENKEGEL

Wie Außenkegel, nur innendrehend. Der Drehstahl wird dabei schräg verfahren um jede mögliche Kegelform drehen zu können. 

AUßENRADIUS KONVEX

Dieser Modus erlaubt das Drehen von konvexen Außenradien. Der Radius des Werkzeugs wird dabei kompensiert. Es wird in mehreren Durchgängen mit einstellbarer Zustellung gefahren. Neben kreisförmigen Radien sind auch Elliptische Radien möglich! 

 

 

 

 

AUßENRADIUS KONKAV

Dieser Modus erlaubt das Drehen von kaonkaven Außenradien. Der Radius des Werkzeugs wird dabei kompensiert. Es wird in mehreren Durchgängen mit einstellbarer Zustellung gefahren. Neben kreisförmigen Radien sind auch Elliptische Radien möglich! 

 

 

 

 

INNENRADIUS KONVEX

Dieser Modus erlaubt das Drehen von konvexen Innenradien. Der Radius des Werkzeugs wird dabei kompensiert. Es wird in mehreren Durchgängen mit einstellbarer Zustellung gefahren. Neben kreisförmigen Radien sind auch Elliptische Radien möglich! 

 

 

 

 

INNENRADIUS KONKAV

Dieser Modus erlaubt das Drehen von konkaven Innenradien. Der Radius des Werkzeugs wird dabei kompensiert. Es wird in mehreren Durchgängen mit einstellbarer Zustellung gefahren. Neben kreisförmigen Radien sind auch Elliptische Radien möglich!  Das ist z.B. nützlich wenn man Reflektoren für LED-Lampen herstellen möchte

 

 

 

Dieser Modus bewegt die Z-Achse zwischen zwei Punkten hin und her. Die Vorschubgeschwindigkeit ist einstellbar von 0-4800 mm/min.

Bei drehender Spindel kann so geschliffen werden, bei stehender Spindel kann damit auch gestoßen werden.

WINKELMESSUNG

Hiermit kann der Winkel des Drehfutters angezeigt werden, was einmal eine Verwendung als Teilapparat ermöglicht, aber durch die Möglichkeit den Winkel auf 0 zu stellen auch die Herstellung mehrgängiger Gewinde ermöglicht!

 

 

POSITIONSANZEIGE und DREHZAHLANZEIGE

Für Z und X können Endpositionen eingegeben werden, an diesen Stellen stoppen die Achsen auch auf wenn man manuell verfährt. Außerdem halten sie immer bei 0 an, diese Haltepunkte können durch erneutes Drücken der Verfahrtasten überfahren werden. Exaktes Positionieren auf hundertstel ist so ein Kinderspiel. Die Achspositionen und die Spindeldrehzahl werden immer angezeigt, es erübrigt sich so weitgehend ein teures Mess-System!

 

GETRIEBEMODUS

Im Getriebemodus wird die Z-Achse synchron zur Spindeldrehzahl mit einstallbarem Vorschub bewegt, so wie es mit einem fest angebauten Getriebe ist. Stoppt die Spindel hält auch die Achse an.
Es ist zusätzlich möglich einen Haltepunkt einzugeben, außerdem kann man die Bewegung mit Tastendruck stoppen. Links und Rechts-Modus sind vorhanden

Funktionen als 1-Achs-Steuerung

Wenn nur die Z-Achse angesteuert wird sind die Modi GETRIEBE, LANGDREHEN, GEWINDEDREHEN, GEWINDE <0, SCHLEIFEN und WINKEL aktiviert. Damit kann man die oben beschriebenen Funktionen durchführen, man muss dabei aber die X-Achse von Hand verstellen. Beim Gewindedrehen geht das halbautomatisch, nach jeden Schnitt wartet die Steuerung eine einstellbare Zeit bis automatisch zurück gefahren wird. Danach stellt man X weiter zu und fährt einen neuen Durchgang. So schneidet man schnell und einfach Gewinde.

Es ist daher sehr gut möglich erst eine Achse anzusteuern, um dann erst später evtl. die zweite Achse zu motorisieren, das lässt sich in der Software dann einfach ohne Aufpreis aktivieren.

Die ELS besitzt ein umfangreiches Einstellungsmenü wo alle Parameter eingestellt werden können. Die Steuerung kann so auf nahezu jede Maschine eingestellt werden. So ist die Beschleunigung und Geschwindigkeit der Antriebsmotoren einzeln einstellbar, aber auch Dinge wie Schneidenradius und Parkposition sind einstellbar. Die ELS passt sich jeder Maschine an!

 

Technische DatenAusstattungBenötigtes ZubehörBesondere FeaturesAnpassbare an jede Maschine1- oder 2-AxigKEIN CNC!

Technische Daten

  • Maße: 180x105x42 mm
  • Betriebsspannung: 5V DC +- 0,5V(Über USB Typ B-Anschluss)
  • Stromverbrauch: 250mA
  • Max. Drehzahl: 2300 U/min (Bei 400 Impulsen/U des Encoders)
  • Max. Drehzahl Gewindedrehen: 1000 U/min 
  • Kleinste Schrittweite: 0,01mm Weg in Z und X-Richtung
  • Kleinste mögliche Gewindesteigung: 0,001mm
  • Gewindesteigungen einstellbar in 0,001mm-Schritten
  • Max. manueller Vorschub Z- und X-Achse: 4800 mm/min
  • Max. spindelsynchroner Vorschub Z-Achse: 20mm / Umdrehung bei 5mm Leitspindelsteigung
    (Abhängig von Leitspindelsteigung und Motoreinstellung)
  • 2 Motorausgänge an RJ45-Buchsen: Schritt/Richtung-Signal,  Open Collector bis 300 mA Strom
  • Encodereingang an RJ45-Buchse: 5V TTL differentiell oder konventionell, Indexsignal wird nicht benötigt

Ausstattung

  • Hochwertiges schwarz eloxiertes Aluminiumgehäuse
  • Hochwertiges scharfes 4×20 LCD mit weißer Hintergrundbeleuchtung
  • Sehr hochwertige Taster mit 10.000.000 Schaltspielen, teils LED-beleuchtet
  • Positionierungen auf 1/100 mm genau
  • Drehzahlanzeige 
  • Automatisches Umkehrspielausgleich
  • Leichter Anschluss über Standard-Ethernet-Patchkabel
  • Anschluss für Encoder und 2 Schrittmotorendstufen (Z und X-Achse)
  • Optionale Erweiterung zur Herausführung aller Taster und Steuersignale
  • Stromversorgung über 5V-USB-Netzteil (nicht enthalten)
  • Nachträgliche Softwareupdates über USB möglich
  • Umfangreiches Handbuch (PDF)

Was Sie zur Steuerung noch benötigen:

  1. Drehmaschine mit Leitspindel (Klar, ohne Maschine nützt es nichts…)
  2. Drehencoder, idealerweise mit 400 Schritten / Umdrehung (AMT103-V z.B.)(Shop-Link)
  3. Differentiellen Leitungstreiber (Shop-Link) zum Encoder
  4. Schrittmotoren mit Endstufen und Netzteil
  5. USB-Netzteil mit 5V / 0,5A Strom
  6. 2 Ethernet-Patchkabel für die Verkabelung
  7. Motorkupplungen
  8. Kabel für Motoren und Stromversorgung

Alle Teile bieten wir auch in praktischen Paketen an.

Keine teuren Softwareoptionen

Die Software ist komplett, alle hier beschrieben Funktionen sind enthalten. Zukünftige Erweiterungen können kostenlos über die USB-Schnittstelle auf die Steuerung geladen werden.
(Ein Windows-PC wird dazu benötigt)

Umkehrspielausgleich

Das unvermeidliche Umkehrspiel von Trapezgewinde-Spindeln wird von der Steuerung ausgeglichen, es ist also nicht notwendig teure Kugelrollspindel einzubauen. Das Umkehrspiel ist für beide Achsen einstellbar.

Schneidenradiuskompensation

Wendeplatten haben fast immer einen definierten Radius an der Schneide, dieser wird berücksichtigt beim Drehen von Kegeln und Radien. So stellen Sie sehr leicht exakte Kegel her, ohne langwieriges Einmessen des Oberschlittens! Einfach die Maße eingeben und START drücken.

Mögliche Spindeldrehzahlen:

Getestet wurde die Funktion bis 3000 U/min Spindeldrehzahl, für das Gewindedrehen ist die maximale Drehzahl auf 1200 U/min begrenzt.

Mehrgängige Gewinde

Durch manuelles Weiterdrehen der Spindel um einen definierten Winkel können mehrgängige Gewinde geschnitten werden, die Winkelmessung hilft dabei.

Links/Rechtslauf

In allen Modi kann die Spindel links als auch rechts herum drehen, was u. a. auch Linksgewinde ermöglicht.

Halbautomatik

Bei fehlenden Angaben zu Längen und Tiefen kann halbautomatisch verfahren werden: Bei Außendrehen wird z.B. bei X=0 nicht zugestellt sondern nur in Z-Richtung verfahren, so kann man dann von Hand in X zustellen. 

NEU: Abschaltbare Endstufen

Durch Druck auf Xoff oder Zoff kann man die Endstufe freischalten. Dadurch kann man immer noch von Hand kurbeln, um z.B. exakt am Material anzukratzen. Die Steuerung schaltet die Antriebe automatisch wieder ein wenn sie benötigt werden. Eine LED zeigt die Deaktivierung an, getrennt für X- und Z-Achse

Voll anpassbar an Ihre Maschine

Die Steuerung besitzt ein umfangreiches Einstellungsmenü, dort kann die Software auf die eigenen Bedürfnisse eingestellt werden. Von Spindelsteigungen über Motorparameter bis hin zu Geschwindigkeiten und Schrittweiten ist da vieles möglich. So lässt sich die Steuerung optimal an Ihre Maschine anpassen. Damit alles optimal funktioniert empfehlen wir Schrittmotorsteuerungen einzusetzen, die 400 oder 800 Schritte pro Umdrehung des Schrittmotors zulassen, so erhalten Sie den größten Nutzen. Mehr Schritte pro Umdrehung gehen, schränken jedoch den maximal möglichen Vorschub ein.

Wenn beide Achsen der Maschine (Z und X) mit Schrittmotoren ausgerüstet sind können alle Funktionen voll genutzt werden, es ist der Steuerung damit möglich die Z- und die X-Achse synchron zur Hauptspindel zu bewegen, außerdem können diese Achsen auch unabhängig von der Spindel bewegt werden, z.B. für Verfahren von Hand. Dadurch sind Abtragungen in allen Richtungen möglich, die dazu gehörenden Achsen werden dann automatisch zugestellt.

Generell können beide Achsen von Hand in langsam, schnell und schrittweise verfahren werden. Die Geschwindigkeiten und Schrittweiten sind alle einstellbar. Wenn an der X-Achse noch ein Handrad verbleiben soll kann das am zweiten Wellenende des Schrittmotors montiert werden. Mit den Tastern auf der Steuerung kann die Endstufe deaktiviert werden und so von Hand, wie vor dem Umbau, gekurbelt werden. Unten auf der Seite sehen Sie ein Beispiel für so ein Handrad an der X-Achse.

Dies ist keine CNC-Steuerung

Diese Steuerung arbeiten eigenständig und ist kein G-Code-Interpreter, der G-Code oder ähnliches abarbeiten kann. Es ist also nicht möglich damit im CAM erstellte Programme ab zu fahren!

Sie benötigen auch keinen PC mit Tastatur, Maus und Monitor, das Gerät arbeitet komplett eigenständig. Es führt einzelne Zyklen aus, wie man sie auch manuell durchführen würde, also langdrehen und danach Gewinde drehen z.B. Es ist momentan auch nicht möglich Zyklen mit ihren Parametern abzuspeichern um diese nacheinander ablaufen zu lassen. 

Aber gerade deshalb ist es eine sehr nützliche Erweiterung Ihrer Maschine, da es sofort nach Einschalten läuft und wirklich sehr einfach zu bedienen ist. Die völlig freie Vorschubwahl werden Sie lieben, das Drehen wird damit fundamental anders.  Auch die Positionsanzeige ist sehr nützlich und ersetzt ein teures Messsystem. 

Empfehlung für Schrittmotorendstufen und Adapter

Damit Sie den größten Nutzen von der Steuerung haben empfehlen wir den Einsatz von Schrittmotorendstufen mit 400 oder 800 Schritten/Umdrehung, also Halbschritt oder Viertelschritt. Empfehlswert ist die Verwendung von digitalen Leadshine-Endstufen (z.B. DM556) mit Adapterplatinen. Diese erlauben den Anschluss der Endstufe per Ethernet-Patchkabel, was die Verkabelung wesentlich erleichtert. Diese kleinen Adapter kosten 4,90 Euro und können im Shop bestellt werden. Achtung: Es gibt sie für analoge und digitale Leadshine-Endstufen! Die digitalen Endstufen laufen sanfter und liefern mehr Drehmoment als analoge, dafür kosten sie etwas mehr.

 

 

ACHTUNG: Bei Verwendung von “BEAST”-Endstufen ist aufgrund der notwendigen 1000 Schritte/Umdrehung der maximale Vorschub begrenzt. Von der Verwendung von “BIG-BEAST” Endstufen mit 2000 Schritten/U raten wir daher dringend ab.

<Alle Teile sind im Shop erhältlich>

Einige Anbaubeispiele für verschiedene Maschinen finden Sie auf der Seite ANBAUBEISPIELE

 

Videos der ELS im Einsatz: