TA.BA_PT+AUT Numerische Steuerungen

• Regeleinrichung
• Antriebssystem
• Wegmesssystem

Es wird der IST und SOLL-Wert erfasst und miteinander verglichen. Die Differenz wird Regelabweichung genannt. Im Regler wird aus dieser Differenz eine zeitlich modifizierteStellgrösse für den Antriebsmotor gebildet. Die Genauigkeit der Schlittenposition ist vorwiegend vom Messsystem abhängig (Qualität der Messwertgeber ist massgebend). Die Qualität der Führungen, Starrheit der Antriebe und die Auflösung des Messsystems sind Merkmale der Güte der Steuerung.

• Leistungsverstärker
• Antriebsmotor
• Übertragungselemente

Zu einem Vorschubantrieb zählen alle Einrichtungen die im Wirkungsbereich zwischen der Ausgangsgrösse der Regeleinrichtung und dem Krafteingriffspunkt zwischen Werkzeug und Werkstück liegen

• Einzelantrieb für jede Achse
• Geringes Spiel (spielfrei)
• Grosse Steifigkeit
• Hohe mechanische Eigenfrequenz
• Hohe Dämpfung
• Geringe Zeitkonstante des Antriebes
• Grosser Regelbereich (stufenlos)

• Motor
• Drehzahlgeber
• Evtl. Getriebe
• Spindel-Mutter-Mechanismus für den Schlittenantrieb

• Rasch und genau auf kleinste Veränderungen des Steuerstromes reagieren
• Geringes Trägheitsmoment
• Bei geringer Drehzahl gleichmässig drehen
• Genügend grosse Maximaldrehzahl (Max. Eilganggeschwindigkeit bis 100m/min)

In elektrische und hydraulische Motoren

• Gleichstrommotoren (Früher)
• Schrittmotoren
• Drehstrommotoren (Heute)

• hydrostatische Motoren
• elektrohydraulische Schrittmotoren

Früher war der Frequenzumformer sehr teuer. Heute sind die Preise erschwinglich und somit überwiegen die Vorteile der Drehstrommotoren.

Vorteile:

• Hohes Drehmoment (Dauerdrehmoment)
• Drehzahlen bis 3000 min^-1
• Resistenz gegenüber Erwärmung
• grosser Drehzahlbereich (1:10000)
• Massearm, d.h. kleine Zeitkonstante

Nachteile: Bürsten (Magneterzeuger) müssen gewartet werden.

• Scheibenläufer (sehr kleines Massenträgheitsmoment, grosser Drehzahlregelbereich, grosse Positioniergenauigkeit)
• Stabläufer (robuster Motor, geringes Massenträgheitsmoment, hohe Drehzahlen)
• Hohlläufer (extrem hoher Wirkungsgrad, sehr keines Massenträgheitsmoment, Sehr hohe Drehzahlen)
• Langsamläufer (grosse Stromüberlastbarkeit, hohe Dauerdrehmomente, für Direktantrieb geeignet)

Vorteile:

• weitgehend Wartungsfreiheit (keine Kommutatoren)
• kleinere Baugrössen
• Hohe Überlastbarkeit
• Hohe Momente (auch beim Bremsen)
• Niedrige Kosten (dank preiswerten Frequenzumformern)

Nachteile:

• für variable Drehzahlen braucht man einen Frequenzumformer
• besondere Regelung (wegen nichtlinearen, dynamischen Struktur)

Vorteile:

• schnelles Ansprechen
• stufenlose Drehzahländerung
• grosses Drehmoment
• gleichmässige Drehmomentabgabe

Nachteile:

• Preis (eigenes Aggregat zur Druckerhöhung)
• Drucköl muss auf bewegliche Teile geführt werden
• Niedriger Wirkungsgrad (η = 0.3)

• Vergleicher (SOLL-und IST-Wert der Geschwindigkeit)
• Regler (rasch und schwingungsfrei)
• Verstärker

Die Kinematische Kette beinhaltet mechanische Übertragungselemente.

Die vom Vorschubmotor kommende Stellbewegung proportional auf das Bewegungselement (Tisch) übertragen.

• Schnell (kleine Masse)
• Spielfrei
• Starr

• Kugelumlaufspindeln
• Planetenspindeln
• Hydrostatische Spindelmuttern

• Lagergehäuse mit Flansch an Gestellwand abstützen
• Gestellwand dick und verrippt
• Axialrollenlager statt Axialkugellager
• evtl. Vorschubspindel beidseits in Fixlager
• über 3m Länge keine Gewindespindel mehr benützen, sondern Zahnstangen-Ritzel-Antrieb
• hydraulisch vorgespannter Doppelritzelantrieb
• gegeneinander wirkender Doppelritzelantrieb (elektrisch)

Doppelseitiges Axialfestlager

Aufgabe der Wegmesseinrichtung ist es, den Lageistwert zu bestimmen, und durch Rückführung den Lageregelkreis zu schliessen. Die Genauigkeit des Messsystems hat einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Positionierung und somit auf die Werkstückgenauigkeit.

Grösse, welche durch die Messung ermittelt werden soll (z.B. Weg, Winkel, …).

Er ist der ermittelte Wert der Messgrösse.

Ist das Messgerät (Messgeber, Sensor), welches die Messgrösse aufnimmt und ein entsprechendes Ausgangssignal ausgibt.

1. Drehgeber am Motor
   Dieser Aufbau ist unzweckmässig, denn zwischen der gemessenen Stellung und der wirklichen Stellung treten folgende Fehler auf:

• Fehler in der Spindelsteigung / Getriebeverzahnung
• Verzahnungsspiel, Spindelspiel
• Thermische Ausdehnung der Spindel
• Elastizität der Zahnräder, der Lager und der Berührung zwischen Spindel und Mutter
• Elastizität der Spindel infolge Torsion und Zugkraft

2.   Drehzahlgeber am freien Ende der Spindel
In dieser Ausführung ist der Drehgeber am Ende des nicht torsionsbelasteten Spindelteils angebracht, was eine bessere Lösung ist. Zwischen der gemessenen Position und der Ist-Position treten folgende Fehlereinflüsse auf:

• Fehler in der Spindelsteigung
• Spiel und Elastizität zwischen Mutter und Spindel
• Thermische Ausdehnung der Spindel

3.   Drehgeber am beweglichen Teil:
In dieser Anordnung wird die direkte Messung der Schlittenbewegung mit einem Drehgeber ermöglicht. Diese Lösung ist kostengünstiger als die lineare Anordnung, besonders für lange Wege. Man muss allerdings die Zahnschliffehler des Zahnrades und der Zahnstange in Betracht ziehen.

4.   Wegmessgeber am beweglichen Teil:
Die Wegmessung mit einem Massstab, der direkt am Schlitten angebracht ist, ist bezüglich Genauigkeit die befriedigendste Lösung. Die einzige verbleibende Fehlerquelle liegt im Geber selbst. Diese Anordnung ist teurer als die andern; sie wird deshalb im Normalfall in Präzisionsmaschinen eingebaut.

• direkte/indirekte Wegmessung
• analoge/digitale Wegmessung
• relative/absolute Wegmessung

• Bei der direkten Messwerterfassung gewinnt man den Messwert durch einen unmittelbaren Vergleich zwischen der Messgrösse und der entsprechenden Bezugsgrösse.
• Bei der indirekten Messwerterfassung wird die gesuchte Messgrösse in eine andersartige physikalische Grösse umgewandelt und aus dieser der Messwert ermittelt.

HINWEIS: Die indirekte Wegmessung wird rotativ durchgeführt. Die direkte Wegmessung wird linear oder rotativ durchgeführt.

• Bei der analogen Wegmessung ist in einem bestimmten Messbereich jedem Wert der Messgrösse stetig ein entsprechender Messwert zugeordnet.
• Bei der digitalen Wegmessung wird die zu messende Grösse in gleichmässige Abschnitte aufgeteilt und der Messwert als Vielfaches des kleinsten Abschnittes dargestellt.

Nein, analoge Wegmessung ist per Definition immer absolut.

• digital-relative (inkrementelle) Messwerterfassung
• digital-absolute (codierte) Messwerterfassung

Die periodischen Messsignale werden während des Verfahrens einer Wegstrecke gezählt und zur Anzeige gebracht. Da bei der Impulszählung bei jeder beliebigen Position begonnen werden kann, wird diese Messung als relative Messung bezeichnet.

Es besteht eine feste Zuordnung zwischen Messgrösse und Messwert. Jede Position ist auf dem Massstab durch eine eindeutige Kombination codierter Spuren gekennzeichnet.