Statistische Untersuchung hydraulisch angetriebener Kreisinterpolationsbewegungen

  Abstrakt. In dieser Studie wurde ein zweiachsiges Portal aufgebaut, um die hydraulisch angetriebenen Positionierfähigkeiten der krummlinigen Bewegungen basierend auf der Norm ISO 230-4 mit dem Titel „Zirkulartests für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen“ zu untersuchen.

  Das System wird von einem Weg- und Positionssteuerungsmodul eines SPS-Geräts gesteuert. Infolge der durchgeführten Experimente, die auf dem vollständigen faktoriellen Design, den Auswirkungen von Kolbendurchmesser, Vorschub, Radius und deren wechselseitigen Wechselwirkungen basierenDer Zirkularitätsfehler wird durch Varianzanalyse bestimmt. Dementsprechend wird ein minimaler Kreisförmigkeitsfehler mit einem Kolbendurchmesser von 63 mm, einer Trägheitslast von 12,5 kg, einem Radius von 5 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm / min als 0,345 mm erhalten.

  Der Zirkularitätsfehler steigt mit der Zunahme der Trägheitslast, des Radius und der Vorschubgeschwindigkeit an und nimmt mit zunehmendem Kolbendurchmesser ab. Schließlich hat der Kolbendurchmesser die größte Auswirkung auf die Änderung der Zirkularität, gefolgt vonRadius, Vorschubgeschwindigkeit, Kolbendurchmesser-Radius, Radius-Vorschubgeschwindigkeit, Kolbendurchmesser-Vorschubgeschwindigkeit, Trägheitslast, Kolbendurchmesser-Trägheitslast und Trägheitsbelastungsradius-Faktoren und Wechselwirkungen.

  1. Einleitung

  Der neueste Innovationspunkt in Bezug auf die Geschwindigkeits- und Positionssteuerung von Werkzeugmaschinen in der Fertigungstechnologie wird als CNC-Technologie bezeichnet. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Technologien sind die spanende BearbeitungToleranz in Mikrometergenauigkeit und Herstellung der skulpturierten Geometrien, die nicht mit klassischen Maschinen bearbeitet werden können. Die Regelung der Systeme mit Servomotor und Kugelgewindetrieben durch Messkomponenten wie zEncoder ermöglichen, dass diese Maschinen präzise arbeiten. Im Gegensatz dazu verlieren hydraulische Systeme, die die Vorteile einer schnellen Ansprechgeschwindigkeit, einer sehr hohen Systemsteifigkeit, eines höheren Kraft-Gewichts-Verhältnisses und einer kompakten Größe aufweisen, ihre RobustheitNichtlineare Parameter wie Temperatur, Kompressibilitätslecks, Gewicht und Reibung, die schwer zu modellieren sind. Daher werden in den Teilvorgängen dieser Maschinen hydraulische Systeme wie Reitstock und Werkzeugwechsel verwendetMechanismen.

  Adaptive Control und Variable Structure Control (VSC) sind die zwei gebräuchlichsten Ansätze, um das nichtlineare Verhalten von hydraulischen Servosystemen zu kompensieren. Die meisten adaptiven Controller (Shih & Sheu1991; Bobrow & Lum1995; Horiet al. 1989; Plummer & Vaughan 1996; Lee & Srinivasan1990) verwenden ein linearisiertes Modell für das System und bieten daher nur lokale Stabilität. Diese Systeme können mit sich ändernden Systemparametern umgehen, z. B. Durchflusskonstanten, Fluid BulkModul und variable Belastung. Der Nachteil dieser linearisierten adaptiven Steuerungen ist das Fehlen eines globalen Stabilitätsnachweises (Sohl & Bobrow1999).

Obwohl der klassische VSC (Chern & Wu1991; Lee & Lee 1990; Hwang & Lan1994) robust gegenüber äußeren Störungen und Parametervariationen ist, führt er zu Flattern, was zu Komponentenschäden und einer hohen Kontrollaktivität führt. Plaudern in VSCDas System ist in zwei Typen unterteilt, wie beispielsweise ein Flattern an der VSC-Ausgabe und das Flattern von Zustandsvariablen im Zustandsraum. Diese beiden Arten von Geschwätz haben unterschiedliche Eigenschaften und stammen aus verschiedenen Quellen (Hung 1993). Allerdings sind daVerschiedene Lösungsmethoden für dieses Problem in der Literatur, die kontinuierlichen Methoden, die als variierende Grenzschicht (Hwang1996; Chenet al2005) und Erreichen des Gesetzes (Gao & Hung1993; JerouaneetAl2004; Hung & Hung1994) bezeichnet werden, konzentrieren sich auf dieRattern am VSC-Ausgang und das Switching-Gain-Verfahren (Hwang1996; Wanget al1996; Haet al1999; Yau2004; Hung & Chung2007) beim Rattern von Zustandsvariablen.

  Die Literaturrecherche hat gezeigt, dass CNC-Technologien bei der Steuerung von Hydrauliksystemen nicht weit verbreitet sind, sondern für die Positioniergenauigkeit der Untersuchung von Linearbewegungen. Altintas & Lane (1997) führte die einzelne Achse ausBewegung von zwei Zylindern der Abkantpresse über die CNC-Architektur. In ähnlicher Weise sind Pinar & Güllü (2010) untersuchte statistisch die Positioniergenauigkeit der linearen Bewegung von zweiachsigen hydraulischen Portalbrücken. Die Optimierung des Systems und derDie Auswirkungen von Vorschubgeschwindigkeit, Bewegungsentfernung, Trägheitslast und Richtungsparametern sowie deren Wechselwirkungen auf den Positionierungsfehler wurden mit der Taguchi-Methode durchgeführt. Demnach wurde beobachtet, dass Vorschub, Bewegungsentfernung,Vorschubrichtung, Bewegungsentfernung und Trägheitsmoment Wechselwirkungen waren signifikant und der minimale Positionierungsfehler betrug 0,089 mm. In dieser Studie werden jedoch hydraulisch angetriebene kreisförmige Interpolationsbewegungen untersuchterstmals statistisch durch Strukturierung eines Systems mit einer ähnlichen Konfiguration wie ein CNC-Vertikal-Bearbeitungszentrum.

  2. Versuchsaufbau

  Das System wird als geschlossener Regelkreis von einer 4-Achs-CNC-Steuerung (FM 357-2) in der Siemens-SPS S7-300 (Speicherprogrammierbare Steuerung) gesteuert. Ein linearer Inkrementalgeber mit einer Auflösung von 0,005 mm wird als Rückführungskomponente verwendet. Wie gesehenIn Abbildung 1 wird der zugehörige Befehl für die zu erreichende Bewegung über die Software der Steuerung als MDI-Modus (Manual Data Input) eingegeben. Die Parameter des CNC-Befehls werden über USB / MPI an den SPS-Prozessor gesendetSchnittstellenkarte. Die FM 357-2 legt das entsprechende elektrische Signal im Bereich von ± 10 V an das Proportionalventil an. Die vom Ventil gelenkten Zylinder erreichen die gewünschte Bewegung, indem sie die Achse mit der entsprechenden Geschwindigkeit bewegen. DasKoordinatendaten, die für die Messung erforderlich sind, werden vom parallelen Port des Computers erfasst. Durch die Analyse der Daten der X- und Y-Achsen mit der kommerziellen Software RapidForm 2004 wird der Zirkularitätsfehler bestimmt.