Entwicklung und Einsatz einer direkten digitalen Grenzregelung für eine Fräsmaschine mit CNC

Mit dem verstarkten Einsatz des ProzeBrechners in der spanen den Fertigung wachst auch die Forderung, Grenzregelungs (ACC-) Systeme in den Rechner zu integrieren. Diese Aufgabe wurde in der vorliegenden Arbeit in drei Entwicklungsstufen durchge ftihrt. Zunachst wurde die Grenzregelung als Einzelfunktion in einen ProzeBrechner integriert (direkte digitale Grenzregelung) . Ausgehend von der Dynamik der Regelstrecke -Bahnsteuerung, FrasprozeB, Sensor- ergab sich die Abtastperiode ftir dieses DDC-System durch Untersuchung der Bandbreite und des Strecken storverhaltens. Die ermittelten Werte ftir die Abtastperiode dienten als Anhaltswerte ftir die Rechnerbelastung durch den zu entwickelnden Regelalgorithmus. Dieser wurde in Form eines nichtlinearen Kompensationsalgorith mus gefunden, der das System trotz der stark schwankenden Ver starkung des Frasprozesses adaptiv stabilisiert und zudem eine ext rem niedrige Rechnerbelastung bewirkt. Die Programmierung des ACC-programms wurde in Assemblersprache durchgeftihrt. Dabei erweist sich der Befehlsumfang gangiger ProzeBrechner einschlieBlich Mikro-Computer als ausreichend, so fern die Operationen Multiplikation und Division hardware maBig ablaufen. Die Steuerung des Anschnittvorgangs tiber den ProzeBrechner kann auf Grund seiner geringen Interrupt-Reaktionszeit ohne Schwie rigkeiten durchgeftihrt werden. Das entwickelte programm ftir die direkte digitale Grenzregelung beim Frasen kann in seiner vorliegenden Konzeption auch auf an dere ProzeBrechner, insbesondere auch auf Mikro-Computer, tiber tragen werden. In einem zweiten Schritt folgt die Integration des entwickel ten Regelkonzepts in den Steuerungsrechner einer CNC. - 123 - Ausschlaggebend fUr diese Systemlosung war die Moglichkeit der schnittstellennahen Kopplung zwischen ACC- und CNC-Funk tionen innerhalb des Steuerungsrechners und der daraus resul tierende minimale Hardware-Aufwand fUr das ACC-System.

Klappentext

Mit dem verstarkten Einsatz des ProzeBrechners in der spanen­ den Fertigung wachst auch die Forderung, Grenzregelungs (ACC-)­ Systeme in den Rechner zu integrieren. Diese Aufgabe wurde in der vorliegenden Arbeit in drei Entwicklungsstufen durchge­ ftihrt. Zunachst wurde die Grenzregelung als Einzelfunktion in einen ProzeBrechner integriert (direkte digitale Grenzregelung) . Ausgehend von der Dynamik der Regelstrecke -Bahnsteuerung, FrasprozeB, Sensor- ergab sich die Abtastperiode ftir dieses DDC-System durch Untersuchung der Bandbreite und des Strecken­ storverhaltens. Die ermittelten Werte ftir die Abtastperiode dienten als Anhaltswerte ftir die Rechnerbelastung durch den zu entwickelnden Regelalgorithmus. Dieser wurde in Form eines nichtlinearen Kompensationsalgorith­ mus gefunden, der das System trotz der stark schwankenden Ver­ starkung des Frasprozesses adaptiv stabilisiert und zudem eine ext rem niedrige Rechnerbelastung bewirkt. Die Programmierung des ACC-programms wurde in Assemblersprache durchgeftihrt. Dabei erweist sich der Befehlsumfang gangiger ProzeBrechner einschlieBlich Mikro-Computer als ausreichend, so fern die Operationen Multiplikation und Division hardware­ maBig ablaufen. Die Steuerung des Anschnittvorgangs tiber den ProzeBrechner kann auf Grund seiner geringen Interrupt-Reaktionszeit ohne Schwie­ rigkeiten durchgeftihrt werden. Das entwickelte programm ftir die direkte digitale Grenzregelung beim Frasen kann in seiner vorliegenden Konzeption auch auf an­ dere ProzeBrechner, insbesondere auch auf Mikro-Computer, tiber­ tragen werden. In einem zweiten Schritt folgt die Integration des entwickel­ ten Regelkonzepts in den Steuerungsrechner einer CNC. - 123 - Ausschlaggebend fUr diese Systemlosung war die Moglichkeit der schnittstellennahen Kopplung zwischen ACC- und CNC-Funk­ tionen innerhalb des Steuerungsrechners und der daraus resul­ tierende minimale Hardware-Aufwand fUr das ACC-System.

Inhalt
1 Einleitung und Aufgabenstellung.- 2 Adaptive Control-Systeme an Werkzeugmaschinen.- 2.1 Analoge und digitale ACC-Systeme.- 2.2 übertragungsverhalten der Regelstrecke.- 2.3 Regelkonzept für das direkte digitale ACC-System.- 3 Integration des ACC-Systems in eine CNC.- 3.1 Arbeitsweise des CNC-Systems.- 3.2 Kopplung zwischen CNC- und ACC-Funktionen.- 3.3 Schnittstellen und Wechselwirkung zwischen ACC- und CNC-Funktionen.- 4 Einsatz des direkten digitalen ACC-Systems an einer Produktionsfräsmaschine mit CNC.- 4.1 Hardware des Systems.- 4.2 ACC-Software.- 4.3 Bedienung des ACC-Systems.- 4.4 Kosten des ACC-Systems.- 4.5 Fräsbeispiele.- 5 Zusammenfassung und Ausblick.