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Regelung in CNC-Systemen

1980
CNC-Maschine mit geschlossenem Regelkreis und Rückmeldeeinrichtungen in der Automatisierung.

Hochpräzise CNC-Maschinen verwenden eine geschlossener Kreislauf Kontrollsystem zur Gewährleistung der Genauigkeit. Dieses System verwendet Rückmeldegeräte, wie z. B. Drehgeber an Servomotoren oder lineare Skalen an den Maschinenachsen, um die tatsächliche Position der Maschine kontinuierlich zu überwachen. Die Steuerung vergleicht dieses Echtzeit-Feedback mit der vom Programm befohlenen Position und nimmt sofortige Korrekturen vor, um Fehler auszugleichen.

Ein geschlossener Regelkreis ist ein grundlegendes Konzept in der Automatisierung, das ein hohes Maß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bietet, was bei CNC-Anwendungen entscheidend ist. Sein Gegenstück, die Open-Loop System ist einfacher und kostengünstiger und verwendet in der Regel Schrittmotoren. Bei einem System mit offenem Regelkreis sendet die Steuerung einen Befehl (z. B. "bewege 100 Schritte") an den Motor und geht davon aus, dass die Aktion perfekt ausgeführt wird, ohne dass das Ergebnis überprüft werden kann. Dies kann zu Ungenauigkeiten führen, wenn der Motor blockiert, aufgrund hoher Last Schritte verliert oder wenn mechanische Unzulänglichkeiten wie Spiel in den Antriebsschrauben vorhanden sind.

Im Gegensatz dazu schließt ein geschlossenes System die Schleife mit einem Rückkopplungssignal. Die Hauptkomponenten sind der Regler, das Stellglied (in der Regel ein Servomotor) und ein Rückführungssensor (ein Encoder oder Maßstab). Die Steuerung sendet einen Bewegungsbefehl an den Servomotor. Der Encoder, der physisch mit der Motorwelle oder der beweglichen Achse der Maschine verbunden ist, misst die tatsächliche Bewegung und sendet einen Strom von Positionsdaten zurück an die Steuerung. Die Logik des Controllers, häufig ein PID-Algorithmus (Proportional-Integral-Derivative), berechnet ständig den "Schleppfehler" - die Differenz zwischen der befohlenen Position und der vom Encoder gemeldeten tatsächlichen Position. Wird ein Fehler festgestellt, passt der Controller das Signal an den Motor an, um die Diskrepanz in Echtzeit zu korrigieren. Dieser kontinuierliche Prozess von Befehl, Messung, Vergleich und Korrektur ermöglicht es dem System, dynamische Variablen wie Werkzeugdruck, Wärmeausdehnung von Maschinenkomponenten und mechanischen Verschleiß zu kompensieren, was zu einer deutlich höheren Präzision und Wiederholbarkeit führt, als dies bei Systemen mit offenem Regelkreis möglich ist.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Automatisierung

Typ

Abstraktes System

Unterbrechung

Wesentlich

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • die Erfindung des Servomechanismus
  • Entwicklung der Regelungstheorie, einschließlich des PID-Reglers
  • Erfindung von Positionsrückmeldegeräten wie Dreh- und Lineargebern
  • Verfügbarkeit von Mikroprozessoren, die in Echtzeit arbeiten können Signalverarbeitung

Anwendungen

  • hochpräzise Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt
  • Medizinprodukt Herstellung
  • Halbleiterfertigungsausrüstung
  • Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren
  • Koordinatenmessgeräte (KMG)
  • Industrie Robotik

Patente:

NA

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