Optimierung der Bewegungsdynamik von Werkzeugmaschinen im rechnergestützten Entwicklungsprozess:
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2000
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS I
VERZEICHNIS VERWENDETER FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN VI
1 EINLEITUNG 1
1.1 AUSGANGSSITUATION 1
1.1.1 WETTBEWERBSFAKTOREN DER WERKZEUGMASCHINENINDUSTRIE 1
1.1.2 HOEHERE PRODUKTIVITAET DURCH GESTEIGERTE BEWEGUNGSDYNAMIK 3
1.1.3 WERKZEUGMASCHINEN ALS KOMPLEXE MECHATRONISCHE PRODUKTSYSTEME 5
1.2 PROBLEMSTELLUNG 6
1.3 ZIELSETZUNG 7
1.4 VORGEHEN 8
2 STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK 10
2.1 METHODEN UND WERKZEUGE FUER DEN PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESS 10
2.1.1 KONSTRUKTIONSMETHODIK 10
2.1.2 RECHNERUNTERSTUETZUNG DER PRODUKTENTWICKLUNG 12
J
2.1.3 BERECHNUNGS-UND SIMULATIONSMETHODEN 15
2.1.4 INTEGRATION VON GESTALTUNG UND BERECHNUNG 18
2.1.5 ENTWICKLUNG MECHATRONISCHER SYSTEME 20
2.2 ENTWICKLUNG VON WERKZEUGMASCHINEN 23
2.2.1 ANFORDERUNGEN UND AUFBAU SPANENDER WERKZEUGMASCHINEN 23
2.2.2 VORGEHENSMETHODIK IN DER WERKZEUGMASCHINENKONSTRUKTION 25
2.2.3 SIMULATION DES MASCHINENVERHALTENS IM ENTWICKLUNGSPROZESS 27
[
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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INHALTSVERZEICHNIS
2.2.4 RECHNERUNTERSTUETZUNG IM PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESS VON
WERKZEUGMASCHINEN 29
2.3 KONSEQUENZEN UND ABGRENZUNG 30
3 KONZEPTION 33
3.1 UEBERSICHT 33
3.2 MECHATRONIKGERECHTE ENTWICKLUNG VON WERKZEUGMASCHINEN 33
3.2.1 ANFORDERUNGEN 33
3.2.2 ANPASSUNG DER VORGEHENSMETHODIK IM ENTWICKLUNGSPROZESS 35
3.3 ANWENDUNG DER MEHRKOERPERSIMULATIONSMETHODE ZUR BEWERTUNG UND
OPTIMIERUNG DER BEWEGUNGSDYNAMIK UNTER BETRIEBSBEDINGUNGEN 38
3.3.1 GRUNDLAGEN DER MEHRKOERPERSIMULATION 39
3.3.2 ANSATZ 47
3.4 INFORMATIONSTECHNISCHES KONZEPT DER ENTWICKLUNGSUMGEBUNG 52
4 MODELLBILDUNG UND SIMULATION 54
4.1 UEBERSICHT 54
*
4.2 MEHRKOERPERMODELLIERUNG DER MASCHINENSTRUKTUR 54
4.3 ABBILDUNG VON LINEARFUHRUNGSSYSTEMEN 56
4.3.1 ANFORDERUNGEN UND ZIELSETZUNG 56
4.3.2 PARAMETRISIERTES KOMPONENTENMODELL EINER
PROFILSCHIENEN-WAELZFUEHRUNG 57
4.4 GESTELLKOMPONENTEN ALS FLEXIBLE KOERPER 59
4.4.1 ANMERKUNGEN ZUR MODELLIERUNG FLEXIBLER KOERPER 59
4.4.2 MODELLIERUNGSKONZEPT FUER FLEXIBLE GESTELLKOERPER MIT KOPPLUNG UEBER
TRANSLATORISCHE BEWEGUNGSFUEHRUNGEN 61
II
INHALTSVERZEICHNIS
4.5 EINBINDUNG DER VORSCHUBANTRIEBE IN DIE MKS-SIMULATION 66
4.5.1 ANTRIEBSKONZEPTE FUER HOCHDYNAMISCHE WERKZEUGMASCHINEN 66
4.5.2 ANSAETZE ZUR MECHATRONISCHEN MODELLBILDUNG 67
4.5.3 ABBILDUNG ROTATORISCHER VORSCHUBANTRIEBE 68
4.5.4 ABBILDUNG VON LINEARDIREKTANTRIEBEN 72
4.6 EINBINDUNG DER NC-STEUERUNGSFUNKTIONALITAET 73
4.6.1 GRUNDBEGRIFFE DER NC-STEUERUNGSTECHNIK 73
4.6.2 EINFLUSS DER FUEHRUNGSGROESSENERZEUGUNG AUF MASCHINENDYNAMIK UND
GENAUIGKEIT 75
4.6.3 KOPPLUNG VON NC-BEARBEITUNGS- UND MKS-DYNANUKSIMULATION 78
4.7 ABBILDUNG SPANENDER BEARBEITUNGSPROZESSE 83
4.7.1 PROBLEMBESCHREIBUNG UND ZIELSETZUNG 83
4.7.2 KONZEPT ZUR EINBINDUNG DER ZERSPANKRAFTKINETIK IN EIN MKS-MODELL
84
4.7.3 DYNAMISCHES ZERSPANKRAFTMODELL FUER FRAESPROZESSE 87
5 AUSWERTUNG DER MKS-SIMULATIONSERGEBNISSE UND RUECKFUEHRUNG IN DEN
KONSTRUKTIONSPROZESS 95
5.1 PROBLEMSTELLUNG 95
5.2 AUSWERTEMETHODEN ZUR BEREITSTELLUNG VON KENNWERTEN 95
5.3 BELASTUNGS- UND LEBENSDAUERBERECHNUNG VON LINEARFUEHRUNGEN 97
5.3.1 ALLGEMEINER ANSATZ 97
5.3.2 RECHNERWERKZEUG ZUR BELASTUNGSANALYSE UND LEBENSDAUERBERECHNUNG
100
5.4 KINEMATISCHE ANALYSE DER MASCHINENVERFORMUNG BEI DYNAMISCHEN
VERFAHRBEWEGUNGEN 103
5.4.1 MOTIVATION 103
5.4.2 ERFASSUNG DER KOMPONENTENBEITRAEGE ZUR TCP-VERLAGERUNG 104
IN
INHALTSVERZEICHNIS
6 UMSETZUNG IM RECHNERGESTUETZTEN ENTWICKLUNGSPROZESS 110
6.1 UEBERSICHT 110
6.2 INTEGRATION DER BERECHNUNGSSCHRITTE IN EINE CA-PROZESSKETTE 110
6.3 ANSAETZE ZUR 3D-CAD-MODELLIERUNG VON WERKZEUGMASCHINENENTWUERFEN 114
6.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE 3D-CAD-MODELLIERUNG VON WERKZEUGMASCHINEN 114
6.3.2 MODELLIERUNGSSTRATEGIEN FUER DIE 3D-CAD-KONSTRUKTION VON
WERKZEUGMASCHINENENTWUERFEN 115
6.3.3 REPRAESENTATION UNTERSCHIEDLICHER PARTIALSICHTEN 117
6.4 3D-CAD-INTEGRIERTE MEHRKOERPERSIMULATION 119
6.4.1 PRINZIPIELLES VORGEHEN 119
6.4.2 INFORMATIONSTECHNISCHE KONZEPTION UND LEISTUNGSVERMOEGEN 3D-CAD-
INTEGRIERTER MKS-SIMULATIONSPROGRAMME 120
6.4.3 MKS-GERECHTE VEREINFACHUNG VON DARSTELLUNGSGEOMETRIE UND STRUKTUR
KOMPLEXER CAD-BAUGRUPPENMODELLE 122
6.5 INTEGRATION VON MKS- UND FEM-METHODE ZUR MODELLIERUNG FLEXIBLER
KOERPER 124
6.5.1 VORGEHEN UNTER ANWENDUNG CAD-INTEGRIERTER BERECHNUNGSFUNKTIONEN
124
6.5.2 KONSISTENZ VON MKS- UND FEM-PARTIALMODELLEN 126
7 ANWENDUNGSBEISPIEL 130
7.1 ZIELSETZUNG UND VORGEHEN 130
7.2 AUFBAU DES MKS-MASCHINENMODELLS 131
7.3 BETRACHTETER BEWEGUNGSZYKLUS UND BEWERTUNGSKRITERIEN 134
7.4 VERIFIZIERUNG DURCH VERGLEICH VON SIMULATION UND MESSUNG 137
7.4.1 DURCHGEFUHRTE UNTERSUCHUNGEN IM ZEIT- UND FREQUENZBEREICH 138
7.4.2 BEWERTUNG UND FAZIT DER VERIFIZIERUNG 138
IV
INHALTSVERZEICHNIS
7.5 ANALYSE DES MASCHINENVERHALTENS UND ABLEITUNG VON VERBESSERUNGSMASS
NAHMEN 139
7.5.1 REGELABWEICHUNG AN MASCHINENACHSEN UND TCP 139
7.5.2 WECHSELWIRKUNG VON ANTRIEBEN UND MASCHINENSTRUKTUR 141
7.5.3 KINEMATISCHE ANALYSE DER MASCHINENVERFORMUNG BEI DYNAMISCHER
VERFAHRBEWEGUNG 143
7.5.4 BEWERTUNG UND ABGELEITETE MASSNAHMEN 146
7.6 EVALUIERUNG UND OPTIMIERUNG DER MODIFIZIERTEN MASCHINE 147
7.6.1 REGELABWEICHUNG AN TCP UND MASCHINENACHSEN UND KINEMATISCHE
ANALYSE 147
7.6.2 ERZIELBARE REGELDYNAMIK UND ANREGUNG DER MASCHINENSTRUKTUR DURCH
ANTRIEBE UND FUEHRUNGSGROESSEN 148
7.6.3 RESULTIERENDE BAHNKURVE BEI OPTIMIERTER REGLEREINSTELLUNG 151
7.7 ERZIELTE LEISTUNGSSTEIGERUNG 151
7.8 BEWERTUNG TECHNISCHER UND WIRTSCHAFTLICHER ASPEKTE 153
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 157
9 LITERATURVERZEICHNIS ' 160
ANHANG
A ANMERKUNGEN ZUR 3D-CAD-INTEGRIERTEN MKS-MODELLIERUNG 173
B DETAILLIERTER VERGLEICH VON SIMULATION UND MESSUNG FUER DAS
ANWENDUNGSBEISPIEL 179
B.L EXPERIMENTELLE VERIFIZIERUNG DER SIMULATIONSMETHODIK 179
B. 1.1 VERGLEICH VON EXPERIMENTELLER MODALANALYSE UND EIGENMODEBERECH
NUNG AM MKS-MASCHINENMODELL 179
B. 1.2 VERGLEICH VON MESSUNG UND SIMULATION DES BEWEGUNGSVERHALTENS 182
B.2 ANALYSE DER OPTIMIERTEN MASCHINENVERSION 187
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