Lageregelung von Werkzeugmaschinen

 

Motivation:

Die Regelung der Vorschubachsen von Werkzeugmaschinen beeinflusst in entscheidender Weise das Arbeitsergebnis einer Werkzeugmaschine. Im herkömmlichen Lageregelkreis ist der KV-Faktor eine zentrale Kenngröße zur Bewertung der Achsdynamik im Verhältnis zur Werkstückqualität. Aus einer Erhöhung des KV-Faktors resultiert jedoch eine Verringerung der Dämpfung, sodass unerwünschte Schwingungen im Lageregelkreis auftreten können. Das reale Maschinenverhalten ist zudem geprägt von Nichtlinearitäten aufgrund bspw. positionsabhängigen Steifigkeiten der Kugelgewindetriebe sowie von zeitvarianten Einflüssen durch eine abnehmende Werkstückmasse während des Zerspanens. Am Werkzeugmaschinenlabor WZL wurden deshalb robuste Regler entwickelt, mit denen es möglich ist, eine nichtlineare Maschinendynamik zu dämpfen.

Ergebnisse und Vorgehen:

Ziel ist es, Lageregler zu entwickeln, welche robust gegenüber einem positionsabhängigen oder zeitvarianten Maschinenverhalten sind. Hierbei wurden folgende robuste Regler zur Dämpfung des nichtlinearen Maschinenverhaltens entwickelt:

• H∞-Regelung
• Loop-Synthese Regelung
• Robuste Modellprädiktive Regelung

Zur Steigerung der Dynamik werden bei der modellprädiktiven Regelung zukünftige Lagesollwerte verwendet. Dabei wird das Störgrößenverhalten abgeschätzt und geregelt. Die Regler wurden mittels speziell entwickelter Steuerungsmodule (Compile-Zyklen für die Steuerung Sinumerik 840D sl) an einer Demonstrationsmaschine validiert.