Bewertung von DC-Servomotor-Werkzeugzuführungen als Kraftsensoren

Unbemannte Werkzeugmaschinen als Teil einer automatisierten Fabrik benötigen zuverlässige, kostengünstige Sensoren, um Maschinen- und Prozessinformationen an den Steuerungsträger zu liefern. Der elektrische Strom im Gleichstrommotor einer CNC-Werkzeugmaschine kann kostengünstig gemessen werden und zur Berechnung der Werkzeug/Werkstück-Schneidkraft sowie der mit den Komponenten des Antriebssystems verbundenen Kräfte verwendet werden. Um die Bandbreite, Empfindlichkeit und Genauigkeit der Stromüberwachung im Zuführsystem einer CNC-Drehmaschine zu charakterisieren, wurde ein dynamisches, lumped-parameter Modell dieses Sensorsystems entwickelt. Das Modell wird verwendet, um die Systemkomponenten zu identifizieren, die einen dominanten Einfluss auf das Verhalten des Sensors haben. Tests wurden durchgeführt, um die Modellparameter zu bestimmen, das Modell zu verifizieren und das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) des Sensors zu ermitteln. Es wird prognostiziert, dass die Bandbreite dieses Sensors 80 Hz beträgt. Tests zeigen, dass das S/N-Verhältnis niedrig ist, jedoch durch einen Kompromiss mit der Systembandbreite verbessert werden kann. Die Bandbreite wird durch die Eigenschaften des SCR-Verstärkers begrenzt. Darüber hinaus sind die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Berechnung der Zufuhrkraftkomponente der Schneidkraft aus dem Gesamtstrom, der vom Zuführmotor verwendet wird, durch die Steigung der Kugelumlaufspindel und die Variationen des Reibungskoeffizienten im Gleitschlitten begrenzt. Änderungen im Design des Zuführsystems zur Verbesserung des S/N-Verhältnisses des Zuführsystems als Werkzeug- und Maschinenkraftsensor werden diskutiert.