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

Einleitung

Das Praktikum Produktionstechnik ist Teil des Studienschwerpunktes Globale Production Enginieering im Studiengang Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt. Diese Veranstaltung wird im siebten Semester durchgeführt und steht unter der Leitung von Professor Dr.-Ing. Mirek Göbel. In diesem Modul sollen die Studierenden durch einzelne Projekte das Ziel verfolgen, eine Ansteuerung für eine 3D- Bearbeitungsmaschine zu entwickeln. Die Thematik des hier vorliegenden Artikels befasst sich mit der Erstellung eines zentralen Steuerungsalgorithmus mithilfe von MatLab als Grundlage unterschiedlicher Ansteuerungsvarianten. Das Projekt des Steuerungsalgorithmus wurde von Yannik Schäfer (WS19/20) und Philipp Heer (WS19/20) bearbeitet und baut auf die Inhalte der Studierenden Domenik Greune (WS16/17) und Robin Lehmann (WS16/17) auf.

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.