Bewegungssteuerung
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28. Was ist eine Hybridkinematik?
-spezielle Kinematik mit seriellen und parallelen Teilstrukturen
29. Was ist eine "redundante Kinematik"? Was bedeutet das für die Ansteuerung? Welche Vorteile kann Sie bieten?
-kinematische Struktur mit mehr Antrieben als Bewegungsfreiheitsgraden
-Ansteuerung:
-ist mehrdeutig: eine Endeffektorpose hat unendlich viele Achssollwertkombinationen
-Eindeutigkeit nur mit zusätzlichen Randbedingungen erreichbar
-Vorteile:
-Erweiterung des Verfügbaren bzw. zulässigen Arbeitsraumes
-Erhöhung der Bewegungsdynamik
-Optimierung der poseabhängigen Steifigkeit
-Absicherung definierter Strukturbelastungen (z.B. Seilkinematik, nur Zugkräfte)
30. Eine Werkzeugmaschine hat die Achsbezeichner X, Y', Z', A und B? Um was für eine Maschine wird es sich handeln? Welche Charakteristik haben die einzelnen Achsen?
-5-Achs-Maschine mit 3 translatorischen ( X, Y', Z') und rotatorischen (A, B) Achsen
-X --> translatorische Achse, Werkzeugseitig
-Y', Z' --> translatorische Achsen. Werkstückseitig
-A, B --> rotatorische Achsen, Werkzeug wird bewegt
31. Was bedeutet "Bahninterpolation" und wofür ist sie erforderlich?
-zeitrichtige Zerlegung einer Bahn (Diskretisierung in einzelne Stützpunkte) entsprechend des Bahnprofils
-erforderlich zur Ermittlung der Sollwerte für die Lageregelung der Vorschubachsen
32. Was verstehen sie unter Grob- bzw. Feininterpolation?
-Grob.-Int.: Annäherung einer komplexen Bahngeometrie durch einfachere Geometrien (z.B. Geraden- oder Kreisbogensegmente)
-Fein.-Int.: Erzeugung von Bahnstützpunkten bzw. Achssollwerten im Lageregeltakt
33. Was versteht man unter einem "Geschwindigkeitsprofil" bzw. einem "Bahnprofil" und wofür wird es benötigt?
-Verlauf der Geschwindigkeit über der Bahn(-geometie)
-benötigt bei der Bahninterpolation für den Zeitbezug der einzelnen Abtriebssollwerte
34. Was verbirgt sich hinter dem Begriff "Satzvorausschau (look-ahead)" und welche Vorteile sind damit verbunden?
-Betrachtung des Geschwindigkeitsprofils über mehrere NC-Sätze hinweg im Rahmen der Satzaufbereitung in NC-Steuerungen
-Vorteile:
-Realisierung von Vorschubgeschwindigkeiten > 0 an den Satzgrenzen
-Ausnutzung der maximal zulässigen Antriebs- und Maschinengrenzwerte
-Reduzierung von Verfahrzeiten und damit Bearbeitungsdauer
35. Was verbigt sich hinter den Begriffen "Wegrasterverfahren" und "Zeitrasterverfahren"? Wo werden sie angewendet?
-bezeichnen Verfahren zur Bahninterpolation
-Wegrasterverfahren = Bahnzerlegung mit konstantem Weginkrement, damit variable Zeitinkremente --> zur Ansteuerung von Schrittmotoren
-Zeitrasterverfahren = Bahnzerlegung mit konstantem Zeitinkrement, damit variable Weginkremente --> zur Ansteuerung von Servomotoren
36. Was bedeutet der Begriff "Ruckbegrenzung"? Wie wird sie realisiert? Was sind Vor- und Nachteile?
-Ruckbegrenzung = Erzeugung von Bewegungsvorgaben ohne Beschleunigungssprünge (dadurch erheblicher/begrenzter Ruck)
-Realisierung: mit Hilfe spezieller Geschwindigkeitsprofile zur Bahninterpolation
-Vorteile:
-Reduzierung der Schwingungsanregung in Beschleunigungs- und Bremsphasen
-Sanftere/weichere Bewegungsverläufe
-Nachteile:
-Bewegungsvorgang dauert länger
-Berechnungsaufwand ist größer
37. Wie ist ein NC-Programm nach DIN 66025 (G-Code) aufgebaut?
-Nc-Programm = Textdatei (ASCII), jede Zeile ist ein Satz
-Programmbegin: Zeile mit "%" am Anfang und (optional) Programmname dahinter
-NC-Sätze = Folge aus einem/mehreren NC-Worten, beginnend mit N-Wort
-NC-Worte = Kombination aus Adressbuchstabe und Anfangswert
-Adressbuchstaben = Kennzeichnung von Funktionen und Parametern
-Zahlenwerte = Funktions-/Satznummern, Achskoordinaten, Parameterwerte
38. Welche beiden grundsätzlichen Arten von Funktionen können in einem NC-Satz enthalten sein? Wodurch unterscheidet sich deren steuerungsinterne Abarbeitung?
-Bewegungsfunktionen --> Abarbeitung im Interpolator
-Maschinen-/Schaltfunktionen --> Abarbeitung in zusätzlicher SPS
39. Welche Arten von Informationen werden für die NC-Programmierung benötigt?
-Fertigungs-Geometrie (Konstruktionsdaten des Werkstückes)
-Fertigungs-Technologie (Reihenfolge, Verfahren, Vorschubgeschwindigkeiten, Spanquerschnitte, Drehzahlen, etc.)
-Werkzeuge (Abmessungen, Verfügbarkeit)
-Spannmittel (Abmessungen, Verfügbarkeit, ggf. Aufspannlage)
-Werkzeugmaschine (Achsen, Arbeitsbereich, Kinematik, Bewegungsvermögen, etc.)
-NC-Steuerung (Eingabeformate, Funktionalitäten, etc.)
40. Welche Verhaltensbereiche haben Einfluss auf die Bewegungsgenauigkeit einer Werkzeugmaschine?
-Geometrisch-kinematisch
-Elastisch (statisch, dynamisch)
-Thermisch
41. Mit welchen grundlegenden Anteilen kann das Verhalten einer Baugruppe bzw. Maschine beschrieben werden? Welche beiden Grenzen existieren hinsichtlich der Verhaltensabbildung in einem Modell? Begründen Sie!
-Grundlegende Anteile: stochastische (zufällige) und systematische
-Grenzen der Abbildung:
-prinzipiell --> stochastische Anteile
-technisch/wirtschaftlich --> systematische Anteile (zulässiger Aufwand)
42. Welchen Vorteil bieten Bewegungseinrichtungen mit 6 Freiheitsgraden gegenüber solchen mit weniger als 6 Freiheitsgraden bezüglich der Bewegungskorrektur?
-Bewegungsfehler sind ohe Zusatzeinrichtungen in allen 6 Freiheitsgraden korrigierbar
-Korrekturen sind vollständig über die Vorschubachsen möglich
43. Könnte man mit modellgestützten Korrekturen die Bewegungsgenauigkeit einer Maschine theoretisch "exakt" machen? Begründen Sie!
-Nein, prinzipielle, technische und wirtschaftliche Grenzen für die Verhaltensabbildung bedingen Vereinfachungen im Korrekturmodell, so dass Restfehler unvermeidlich sind.
44. Welche 5 Hauptfunktionen finden sich in einer NC-Steuerung?
-Bedienerschnittstelle (Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, BOF,...)
-Satzverarbeitung
-Interpolation
-Antriebsregelung
-Funktionssteuerung (SPS)
45. Was passiert im Interpolator einer NC-Steuerung?
-Bahnzerlegung in einzelne Stützpunkte entsprechend des v-Profils
-Berücksichtigung des aktuellen Vorschub-Override-Wertes
-Erzeugung der Antriebssollwerte, d.h. ggf. Transformationen und Korrekturen
-zeitrichtige Ausgabe der Antriebssollwerte an die Lageregelkreise
46. Was passiert in der Satzvorbereitung einer NC-Steuerung?
-Einlesen und Interpretieren (Umrechnen, Syntaxprüfung) des NC-Programms
-Aufteilung in Bewegungs- und Schaltfunktionen
-geometrische Aufbereitung der Bewegungsfunktionen
--> Berechnung intern benötigter geometrischer Größen
--> ggf. Auflösung von Zyklen in elementare NC-Funktionen
--> optional: Werkzeugkorrektur, Koordinatentransformationen, Nullpunktverschiebungen
--> Überwachung geometrischer Grenzen, z.B. Endlagen, Softwareendschalter
-kinematische Aufbereitung der Bewegungsfunktionen
--> Ermittlung Geschwindigkeitsprofil (z.B. Satzvorschau, Eckenverrunden)
--> Überwachung kinematischer Grenzen (z.B. v und a von Antrieben/Bahn)
-Pufferung der aufbereiteten Sätze für die Satzausführung / Interpolation
47. Was ist ein Vorschub-Override? Wozu dient er? Was bewirkt er? Wann ist er besonders nützlich?
-spezielles Bedienelement (Mehrstufenschalter oder Potentiometer) am Maschinenbedienfeld der NC-Steuerung
-dient zur manuellen Beeinflussung (üblicherweise Reduzierung) der Vorschubgeschwindigkeit durch den Bediener während der Abarbeitung eines NC-Programms
-bewirkt die Überlagerung (override) der programmierten Vorschubgeschwindigkeit (F-Wort) mit einem Faktor zwischen 0% und 100% (bis 130%)
-besonders nützlich zum Testen, Einfahren und Optimieren von NC-Programmen
1. Welche Aufgabe hat eine Bewegungseinrichtung in der Fertigung?
-Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück oder zwischen Wirkvorgang und Produkt
2. Welche drei Arten der Bewegungssteuerung werden unterschieden und wodurch sind sie gekennzeichnet?
-Punktsteuerung --> Punkt-zu-Punkt-Bewegungen unter Eilgangbedungungen (z.B. Positionieren bei Bohrwerken)
-Streckensteuerung --> Verfahren einer Achse mit definierter (Bearbeitungs-) Geschwindigkeit
-Bahnsteuerung --> synchrones Verfahren mehrerer Achsen zur Bahnerzeugung mit definiertem Bewegungsprofil
3. Welche beiden Bewegungsarten unterscheidet man bei der Bewegungsteuerung?
-Positionierbewegung (PTP = Point-To-Point) - asynchron, synchron, vollsynchron
-Bahnbewegungen (CP = Continuous Path) - Achsen verfahren bahntreu, z.B. linear, zirkular, spline
4. Was verbirgt sich hinter einer "Pose"?
-Pose = Position (translatorisch) + Orientierung (rotatorisch)
5. In einer Zeitschrift lesen SIe die Abkürzungen CNC, SPS, PLC, RC, MC. Was bedeuten sie?
-CNC = Computerized Numeric Control --> Numerische Steuerung (z.B. an WZM)
-SPS = SpeierProgrammierbare Steuerung
-PLC = Programmable Logic Controller (engl. für SPS)
-RC = Robot Control --> Roboter-Steruerung
-MC = Motion Controll --> SPS mit integrierter Bewegungsfunktionalität
6. Nennen Sie Motorarten für elektrische Antriebe!
-Gleichstrommotor
-Synchronmotor
-Asynchronmotor
-Schrittmotor
7. Nennen Sie Vor- und Nachteile des Synchronmotors gegenüber dem Gleichstrommotor!
-Vorteile:
-keine Schleifkontakte, daher wartungsarm
-geringe Lauferwärmung
-bessere Dynamik
-Nachteile:
-aufwändigere Ansteuerung
-Erfassung der Rotorlage zur Drehfeldansteuerung nötig
8. Was ist ein Servomotor?
-speziell, für hochdynamische Antriebe, als Stellglied in Regelkreisen, optimierter Motor
9. Was ist beim Asynchronmotor "asynchron" und warum?
-Drehzahl des Rotors ist geringer als (und damit asynchron zur) Frequenz des Drehfeldes
-Warum:
-Auf dem Rotor befinden sich keine Permanentmagnete sondern eine kurzgeschlossene Läuferwicklung
-Erst durch die Drehzahldifferenz (Schlupf) wird die Läuferwicklung erregt und dadurch das nötige Magnetfeld erzeugt
10. worin unterschieden sich analoge und digitale Messwerterfallsung?
-analog: kontinuierliche Zuornung von Messwerten zur Messgröße, dadurch unendiche Anzahl von Messwerten
-digital: diskrete Zurdnung von Messwerten zur Messgröße, dadurch endliche Anzahl con Messwerten im Messbereich
11. Nach welchem Prinzip erfolgt die Erkennung der Bewegungseinrichtung bei verschiedenen inkrementellen Messfverfahren?
-Auswertung von zwei Signalen, die 90° phasenverschoben zur Teilungsperiode der Maßverkörperung aufgenommen werden
-Aus der aktuellen Phasenverschiebung der beiden Signale zueinander (+90° oder -90°) kann auf die Bewegungseinrichtung geschlossen werden
12. Nach welchem Prinzip erfolgt die digitale-absolute Wegmessung? Welche Konsequenzen hat dies für Messbereich und Auflösung? Welche Abtastfehler können auftreten und wie lassen sie sich umgehen?
-Prinzip: Jedem Wegelement ist eine eindeutige Zahl (Code) zugeordnet
-Konsequenz: Je größer der Messbereich und je kleiner die Auflösung, desto mehr Code-Spuren (und damit Abtastaufwand, Bauraum, Kosten) werden benötigt
-Abtastfehler: Übergang von einem Wert zum nächsten erfolgt nicht in allen Codespuren synchron und ist daher nicht immer eindeutig
-Umgehung: V-Abtastung, GRAY-Code
13. Was ist eine Referenzpunktfahrt? Wo, Wofür und Wann ist sie üblicherweise nötig?
-Bewegung einer Vorschubachse auf eine bekannte Position im Maschinenkoordinatensystem (Referenzpunkt)
-wo --> an Vorschubachsen mit inkrementellen Messsystemen
-wofür --> Herstellung eines Bezuges (Referenzierung) zwischen dem Messsystemnullpunkt und dem Achs- bzw. Maschinennullpunkt
-wann --> nach Einschalten und Hochlauf der Maschine, ggf. nach Havarie/Notaus
14. Kann bei einem absoluten Wegmesssystem auf die Referenzierung verzichtet werden? Begründen SIe Ihre Antwort!
-Nein, auch hier muss ein Bezug zwischen Messsystem- und Maschinennullpunkt hergestellt werden, Referenzierung erfolgt aber nur einmalig bei Inbetriebnahme der Maschine
15. Was sind "Abstandscodierte Referenzmarken"? Wofür und wie werden Sie verwendet? Was ist der Vorteil?
-Was: mehrere zusätzliche Marken auf dem Maßstab eines inkrementellen Messsystems mit jeweils verschiedenen, aber eindeutigen Abständen zwischen benachbarten Marken
-Wofür: Referenzierung des inkrementellen Messsystems
-Wie: Überfahren von zwei benachbarten Referenzmarken und Messung ihres Abstandes über das inkrementelle Messsystem --> eindeutige Zuordnung der aktuellen Achsposition zum Messsystem-Nullpunkt möglich
-Vorteile: kürzere Referenzierungswege und -zeiten
16. Skizzieren Sie den Lageregelkreis einer elektromechanischen Vorschubachse und benennen Sie die einzelnen Komponenten!
-siehe Bild
17. Was ist der "Schleppabstand"? Wie ist er definiert und wie kann er reduziert werden?
-Schleppabstand = notwendige Regelabweichung am Eingang des P-Lagereglers, damit während einer Bewegung ein Geschwindigkeitssollwert v_{soll} > 0 erzeugt wird
-Definition: e = v_f / K_v
-Reduzierung:
-Geschwindigkeit reduzieren
-K_v-Faktor erhöhen
-Vorsteuerung
18. Was verstehen Sie unter "Geschwindigkeitsvorsteuerung" und was bewirkt sie? Welche Eingangsgrößen werden dafür verwendet und woher kommen diese?
-Direkte Vorgabe der Sollgeschwindigkeiten an den unterlagerten Drehzahlregelkreis
-Bewirkt: schnellere Reaktion des Regelkreises auf veränderte Sollwertvorgaben
-->besseres Führungsverhalten des Regelkreises
-->Reduzierung des Schleppabstandes
-Eingangsgrößen: =Geschwindigkeitssollwerte
--->Vorausberechnung und Vorgabe über die Steuerung
-->Ableitung aus Lagesollwerten (Differenzieren)
19. Unter welchen Bedingungen kann der Schleppabstand eliminiert werden?
Mit Geschwindigkeitsvorsteuerung bei konstanter Achsgeschwindigkeit (v = const)
20. Was ist eine Antriebsschnittstelle? Welche beiden Grundtypen werden hinsichtlich der Signalart unterschieden? Nennen Sie dafür jeweils ein Bespiel!
-Schnittstelle zwischen Steuerung und Antrieb
-Grundtypen:
-analog, z.B. +/- 10 V
-digital, z.B. SERCOS, EtherCAT
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Flashcards
41. Mit welchen grundlegenden Anteilen kann das Verhalten einer Baugruppe bzw. Maschine beschrieben werden? Welche beiden Grenzen existieren hinsichtlich der Verhaltensabbildung in einem Modell? Begründen Sie!
-Grundlegende Anteile: stochastische (zufällige) und systematische
-Grenzen der Abbildung:
-prinzipiell --> stochastische Anteile
-technisch/wirtschaftlich --> systematische Anteile (zulässiger Aufwand)
42. Welchen Vorteil bieten Bewegungseinrichtungen mit 6 Freiheitsgraden gegenüber solchen mit weniger als 6 Freiheitsgraden bezüglich der Bewegungskorrektur?
-Bewegungsfehler sind ohe Zusatzeinrichtungen in allen 6 Freiheitsgraden korrigierbar
-Korrekturen sind vollständig über die Vorschubachsen möglich
43. Könnte man mit modellgestützten Korrekturen die Bewegungsgenauigkeit einer Maschine theoretisch "exakt" machen? Begründen Sie!
-Nein, prinzipielle, technische und wirtschaftliche Grenzen für die Verhaltensabbildung bedingen Vereinfachungen im Korrekturmodell, so dass Restfehler unvermeidlich sind.
44. Welche 5 Hauptfunktionen finden sich in einer NC-Steuerung?
-Bedienerschnittstelle (Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, BOF,...)
-Satzverarbeitung
-Interpolation
-Antriebsregelung
-Funktionssteuerung (SPS)
45. Was passiert im Interpolator einer NC-Steuerung?
-Bahnzerlegung in einzelne Stützpunkte entsprechend des v-Profils
-Berücksichtigung des aktuellen Vorschub-Override-Wertes
-Erzeugung der Antriebssollwerte, d.h. ggf. Transformationen und Korrekturen
-zeitrichtige Ausgabe der Antriebssollwerte an die Lageregelkreise
46. Was passiert in der Satzvorbereitung einer NC-Steuerung?
-Einlesen und Interpretieren (Umrechnen, Syntaxprüfung) des NC-Programms
-Aufteilung in Bewegungs- und Schaltfunktionen
-geometrische Aufbereitung der Bewegungsfunktionen
--> Berechnung intern benötigter geometrischer Größen
--> ggf. Auflösung von Zyklen in elementare NC-Funktionen
--> optional: Werkzeugkorrektur, Koordinatentransformationen, Nullpunktverschiebungen
--> Überwachung geometrischer Grenzen, z.B. Endlagen, Softwareendschalter
-kinematische Aufbereitung der Bewegungsfunktionen
--> Ermittlung Geschwindigkeitsprofil (z.B. Satzvorschau, Eckenverrunden)
--> Überwachung kinematischer Grenzen (z.B. v und a von Antrieben/Bahn)
-Pufferung der aufbereiteten Sätze für die Satzausführung / Interpolation
47. Was ist ein Vorschub-Override? Wozu dient er? Was bewirkt er? Wann ist er besonders nützlich?
-spezielles Bedienelement (Mehrstufenschalter oder Potentiometer) am Maschinenbedienfeld der NC-Steuerung
-dient zur manuellen Beeinflussung (üblicherweise Reduzierung) der Vorschubgeschwindigkeit durch den Bediener während der Abarbeitung eines NC-Programms
-bewirkt die Überlagerung (override) der programmierten Vorschubgeschwindigkeit (F-Wort) mit einem Faktor zwischen 0% und 100% (bis 130%)
-besonders nützlich zum Testen, Einfahren und Optimieren von NC-Programmen
