Zentraler Steuerungsalgorithmus für ein 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum mit Matlab/GUIDE

Einleitung

Das Praktikum Produktionstechnik ist eine Veranstaltung des Mechatronikstudienganges im siebten Semester unter Leitung von Professor Dr.-Ing. Mirek Göbel. In diesem Praktikum wird das Ziel verfolgt eine 3D-Bearbeitungsmaschine zu entwickeln, zu bauen und anzusteuern. In diesem Kapitel wird ein zentraler Steuerungsalgorithmus mithilfe der Software MaATLAB erstellt und beschrieben. Mittlerweile wird dieser Algorithmus im fünften Semester fortlaufend bearbeitet und erweitert. Angefangen von Lukas Hurrelmeyer und Tim Menke (WS 13/14), Fabian Bokel und Mathias Tanger (WS 14/15) und Lars Osthoff (WS 15/16) sowie von Dominik Greune und Robin Lehmann (WS 16/17) wurde es nun von Yannik Schäfer und Philipp Heer(WS 19/20) im Artikel fortgeführt.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe des Steuerungsalgorithmus soll es sein, aus einer CAM-Datei die benötigten Informationen zu lesen um damit Sollbahnen des Fräsers zu generieren und die Achsen der Maschine so anzusteuern, dass das CAD-Modell Maßstabsgetreu erzeugt wird.

Um den Umfang der Aufgabe übersichtlicher zu machen haben wir die Aufgabe in fünf Phasen unterteilt.

1. In Phase eins soll eine manuelle Verfahrweise der Maschine erstellt werden, um einen ersten Einstieg zu bekommen und den möglichen Signalfluss zu testen. Dazu sollen von Hand die Koordinaten jeder Achse eingestellt und diese dann auf einen Befehl an die Maschine gesendet werden. Dies soll als Grundgerüst für alle weiteren Arbeiten an dem Steuerungsalgorithmus dienen.
2. Wenn das Versenden einzelner Koordinaten gelingt, wird in Phase zwei die Umsetzung einer mit Excel erstellten Probesollbahn angestrebt. Hier soll ein möglichst schnelles Versenden der Koordinaten an die Maschine erreicht werden.
3. In Phase drei werden die Sollbahnen aus einer CAM-Datei generiert. Die Datei soll mit Hilfe von Matlab eingelesen werden. Der Inhalt muss vom Steuerungsalgorithmus immer richtig interpretiert werden, um ein maßstabsgetreues Erzeugnis zu erhalten.
4. Wenn die Sollbahngenerierung funktioniert, müssen die Werkzeuge der Maschine (Frässpindel, Werkzeugmagazin) noch in den Steuerungsalgorithmus eingebunden werden. Es muss während des Bearbeitungsvorgangs unterschieden werden, ob der Fräser momentan im Eingriff ist oder nicht. Dies geschieht in Phase vier.
5. Sollten diese Funktionen alle gegeben sein, wird in Phase fünf die komplette Automatisierung der Maschine angestrebt. Es muss dabei eine Überwachung der Achsen (Position erreicht/nicht erreicht, Störungen, …) eingebunden werden. Darüber hinaus müssen auch alle Endschalter und sonstige Sicherheitseinrichtungen mit in der Überwachung eingebunden werden.