Parameteradaptive Regelung von Fräsprozessen:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Parameteradaptive Regelung von Fräsprozessen
Autor: Nolzen, Harry
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Harry Nolzen, Eriskirch-Mariabrunn Parameteradaptive Regelung von Fräsprozessen Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 623
Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ........................................................ 1 2 Stand der Technik................................................... 6 2.1 Konventionelle NC-Werkzeugmaschinen................................ 6 2.2 Adaptive Regelungen in der Forschung................................. 8 2.3 Sensoren zur Prozeßregelung........................................ 12 2.3.1 Prinzip der Kraft-und Drehmomentmessung ......................... 12 2.3.2 Sensoren zur Kraftmessung ..................................... 13 2.3.3 Sensoren zur Drehmomentmessung................................ 14 2.3.4 Sensoren zur Leistungsmessung .................................. 15 2.3.5 Spezielle Sensoren für die Prozeßregelung........................... 15 2.4 Prozeßgeregelte Werkzeugmaschinen in der Industrie....................... 15 2.5 Zusammenfassung ............................................... 16 3 Analyse und Modellierung des Fräsprozesses................................ 12 3.1 Beschreibung der Fräserbewegung.................................... 17 3.2 Einfluß der Werkstückmaße......................................... 23 3.3 Geometrische Beziehungen des Fräswerkzeugs ........................... 24 3.4 21erspanungskräfte, -momente ....................................... 25 3.5 Zerspanlejstung ................................................. 26 3.6 Beschreibungsmodelle für den Fräsprozeß............................... 26 3.7 Regelungstechnisches Modell des Fräsprozesses........................... 29 3.8 Betrachtung der Standzeit...................... 31 3.9 Zusammenfassung ............................................... 32 4 Modellbildung der Werkzeugmaschine..................................... 33 4.1 Beschreibung der Systemteile ....................................... 34 4.1.1 Regelungstechnische Systemteile.................................. 35 a)
Summenglied............................................... 35 b) P-Glied................................................... 35 c) I-Glied ................................................... 36 e) Verzögerungsglied ........................................... 36 f) PID-Glied mit Verzögerung ..................................... 36 4.1.2 Elektrische Antriebsmotoren..................................... 38 a) Synchronmotor.............................................. 38 b) Gleichstrommotor............................................ 40 4.1.3 Zweimassenschwinger......................................... 43
VI Inhaltsverzeichnis a) Welle .................................................... 43 b) Zahnradgetriebe ............................................. 44 c) Riementrieb................................................ 45 d) Spindelgetriebe.............................................. 46 e) Maschinentisch.............................................. 48 f) Zustandsraumdarstellung von Zweimassenschwingem ................... 48 4.2 Reibungseffekte................................................. 49 4.3 Gesamtmodelle ................................................. 52 4.4 Parameterschätzung .............................................. 54 4.5 Zusammenfassung ............................................... 56 5 Prozeßregelung für die Fräsoperation...................................... 58 5.1 Gründe für eine Prozeßregelung...................................... 58 5.2 Prozeßausgänge als Regelgrößen ..................................... 59 5.3 Prozeßeingänge als Stellgrößen ...................................... 62 5.4 Adaptiver Regelkreis ............................................. 63 5.5 Aktivierung der Prozeßregelung...................................... 65 5.6 Bewertung der Regelgüte .......................................... 65 5.7 Sensorische Maschinenausstattung .................................... 67 5.8 Einbindung in die Maschinensteuerung................................. 68 5.9 Zusammenfassung ............................................... 69 6 Regelungskonzept zur Prozeßregelung mit Kraftsignalen ........................ 70 6.1 Regelgröße Kraft ................................................ 70 6.2 Informationsextraktion ............................................ 71 6.3 Informationsverarbeitung........................................... 74 6.4 Regelalgorithmus bei stationärem Prozeß ............................... 77 6.5 Zustandsabhängige Reglerumschaltung
................................. 79 6.6 Regelalgorithmus bei Prozeßstörung................................... 80 6.7 Stabilitätsbetrachtung ............................................. 82 6.8 Zusammenfassung ............................................... 86 7 Prozeßregelung mit Leistungsmessung..................................... 88 7.1 Regelgröße Antriebsleistung ........................................ 88 7.2 Informationsextraktion ............................................ 89 7.3 Schätzen des Prozeßmodells ........................................ 9! 7.4 Leistungsregelung ............................................... 92 7.5 Stabilitätsbetrachtung ............................................. 94 7.6 Zusammenfassung ............................................... 95 8 Prozeßregelung mit rekonstruierter Kraft 96
Inhaltsverzeichnis VII 8.1 Problematik der sensorarmen Regelung................................. 96 8.2 Modell zur Momentenrekonstruktion am Hauptantrieb ...................... 97 8.3 Zwei-Massen-Modell des Vorschubantriebes ............................ 99 8.4 Drei-Massen-Modell des Vorschubantriebes .............................101 8.5 Nichtlineare Effekte der Vorschubeinheit ...............................104 8.6 Bestimmung der Modellkoeffizienten ..................................107 8.7 Regelungskonzept ...............................................108 8.8 Stabilitätsbetrachtung .............................................108 8.9 Zusammenfassung ...............................................108 9 Koordinationsebene..................................................HO 9.1 Anschnitterkennung ..............................................HO 9.1.1 Anschnitterkennung mit Kraftsignalen..............................HO 9.1.2 Anschnitterkennung mit Leistungssignalen...........................111 9.2 Regleraktivierung................................................111 9.3 Identifikation...................................................113 9.4 Regleradaption..................................................114 9.5 Prozeßüberwachung ..............................................115 9.6 Zusammenfassung ...............................................115 10 Experimentelle Ergebnisse ............................................117 10.1 Beschreibung des Versuchsaufbaus...................................117 10.2 Versuchsbeschreibung............................................118 10.3 Ergebnisse der Kraftregelung.......................................119 10.3.1 Vergleichsmessung mit konventionellem Fräsen durch Steuerung ..........120 10.3.2 Regelung der Vorschubkraft in x-Richtung..........................121 10.3.3 Regelung der Vorschubkraft in y-Richtung..........................123 10.4 Ergebnisse der
Leistungsregelung....................................127 10.4.1 Versuch mit konventionellem Fräsen durch Steuerung..................128 10.4.2 Leistungsregelung ...........................................129 10.5 Ergebnisse mit rekonstruierter Kraft ..................................132 10.6 Zusammenfassung ..............................................134 11 Zusammenfassung und Ausblick........................................135 Anhang............................................................138 Literatur 146
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